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lijuanshu銅蟲(chóng) (正式寫手)
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[交流]
第一性原理拉伸，怎么出現(xiàn)兩處斷裂？
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我研究元素偏聚在二元合金晶界處對(duì)該體系的影響，用第一性原理拉伸試驗(yàn)對(duì)含有晶界的體系進(jìn)行拉伸，圖1是不加應(yīng)變的電荷密度，圖2是應(yīng)變?yōu)?0%的電荷密度，從圖二中可以明顯的看出有兩處斷裂，并且晶界處并沒(méi)有發(fā)生斷裂，斷裂是發(fā)生在晶界的附近，我的結(jié)果與文獻(xiàn)上的差別很大，還希望與了解這方面的蟲(chóng)友們探討下，共同解決問(wèn)題， 圖1CHGCAR.gif 圖2CHGCAR.gif |
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lijuanshu
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4樓2013-04-26 09:09:47
lijuanshu
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lijuanshu
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模型有兩個(gè)問(wèn)題: 1. 初試結(jié)構(gòu)不應(yīng)該有真空層. 否則加應(yīng)變只會(huì)使真空層不斷被拉伸得越來(lái)越厚,材料本身不會(huì)受到影響。而你這里之所以材料本身發(fā)生變化，是因?yàn)槟阃蝗患恿艘粋�(gè)比較大的應(yīng)變，這就是模型的第二個(gè)問(wèn)題 2.應(yīng)變要慢慢的加，這樣才能看出到底是哪個(gè)位置的鍵先斷裂，而你直接加大應(yīng)變，只會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)亂掉，這是不合理的。 |
8樓2013-04-27 00:26:10
lijuanshu
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非常感謝你的回復(fù)。 1.如果初始結(jié)構(gòu)不加真空層的話，由于slab模型時(shí)周期性的，那個(gè)他們之間就會(huì)有相互作用啊，我一開(kāi)始就比較糾結(jié)到底加不加真空層，現(xiàn)在更加糾結(jié)了。 2.我計(jì)算了很多有關(guān)拉伸的性質(zhì)，應(yīng)變從1%到最大60%都計(jì)算了，但是我加應(yīng)變都是只加一次，比如說(shuō)60%，我就是直接加的，您的意思是不是要慢慢過(guò)渡的加，比如一開(kāi)始先加1%，再此基礎(chǔ)上再增加應(yīng)變，直到達(dá)到60%？ 期待您的再次回復(fù)。 |
9樓2013-04-27 14:30:20
acridine
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1 肯定是不加真空的。不加真空時(shí)，由于周期性，你建立的超胞中是有兩個(gè)晶界的（在你加真空的那個(gè)地方又出現(xiàn)了一個(gè)晶界）。事實(shí)上這么建模不僅是拉伸得需要，也模擬晶界的一般方法，我估計(jì)你可能剛接觸界面的模擬，所以不太熟。而加真空是不合適的，引入了表面必然會(huì)影響體系的性質(zhì)。 2. 我就是這個(gè)意思，應(yīng)變是要逐漸加的。你通過(guò)改變z軸來(lái)作為初始結(jié)構(gòu)，這在小應(yīng)變下是完全可以的，但在大應(yīng)變下這個(gè)初始模型就不合理的。我舉個(gè)極端的例子吧，你把一根鋼絲和一根橡皮筋串聯(lián)綁在一起，拉伸，那么結(jié)果必然是橡皮筋先斷裂。逐漸加應(yīng)變就能模擬出這一過(guò)程。如果你直接加60%應(yīng)變，就好比初始條件就是讓鋼絲和橡皮筋都被拉長(zhǎng)了60%，那么得到的結(jié)果會(huì)是：橡皮筋沒(méi)事，鋼絲斷了。這就足以說(shuō)明初始結(jié)構(gòu)無(wú)意義，會(huì)導(dǎo)致十分荒謬的計(jì)算結(jié)果。 另外60% 這個(gè)應(yīng)變似乎太大了吧，你看看文獻(xiàn)的應(yīng)變范圍取到多少 |
10樓2013-04-27 21:44:23
lijuanshu
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1.在一開(kāi)始建模的時(shí)候，我也認(rèn)真的考慮了該不該加真空層，看了一些文獻(xiàn)，有加也有不加的。我一開(kāi)始是計(jì)算表面吸附的，那時(shí)候所有的計(jì)算都加了12Å的真空層，晶界是剛開(kāi)始模擬的，基本還什么都不懂，主要就是參照Shengjun Zhang這個(gè)人的文獻(xiàn)做的，文獻(xiàn)出處：PHYSICAL REVIEW B 84 , 134104 (2011) First-principles determination of the effect of boron on aluminum grain boundary cohesion。他在文中提到加4.5 a.u.的真空層，a.u.如果是原子單位的話，真空層的厚度基本上就是2.4Å，而我老師說(shuō)真空層基本上都在10Å以上，我也不知道是怎么回事。 2.應(yīng)變?yōu)?0%確實(shí)太大了，只是我用這種錯(cuò)誤的方法計(jì)算的40%的時(shí)候，晶界還沒(méi)有完全斷裂，我就想增大應(yīng)變，看看晶界什么時(shí)候會(huì)斷裂。但是我模擬的晶界斷裂為什么不是發(fā)生在晶界處，而是在晶界附近對(duì)稱的位置呢？ |
11樓2013-04-28 13:24:59
acridine
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1.我沒(méi)看你提到的文章，所以不能妄加評(píng)論，不過(guò)一定要看清楚它模擬的是什么。如果像你說(shuō)的那樣，只有2.5埃,應(yīng)該只有1、2個(gè)鋁原子層的間距吧，你確定是用來(lái)起真空層的作用嗎？ 或者那他們模擬的是兩個(gè)面聚合的過(guò)程? 2.正如我說(shuō)的，你的初始結(jié)構(gòu)不合理，所以結(jié)果不一定是可靠的。我們知道，一般情況應(yīng)力應(yīng)變會(huì)集中到界面。而你的模型是把整個(gè)晶體均勻加應(yīng)變。應(yīng)變小的時(shí)候，優(yōu)化后bulk部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)該會(huì)基本回復(fù)原狀，而結(jié)構(gòu)改變主要出現(xiàn)在界面，也就是應(yīng)力集中在界面。之后你一點(diǎn)點(diǎn)的增加應(yīng)力，每次都會(huì)發(fā)生類似的現(xiàn)象：bulk基本不變，界面變形越來(lái)越大。最后，材料由于晶面附近變型過(guò)大而斷裂。這是正確的方法。而如果你上來(lái)就對(duì)整體加大應(yīng)變，可能bulk區(qū)的鍵直接就斷裂了，而界面附近由于成鍵復(fù)雜，說(shuō)不定一些原本被壓縮的鍵在此種初始結(jié)構(gòu)下反而比bulk中的鍵穩(wěn)定，并未斷裂，這樣一來(lái)你優(yōu)化結(jié)果斷裂不發(fā)生在界面也就不奇怪了。 至于應(yīng)變這么大才斷裂。我猜和你的結(jié)構(gòu)有真空有關(guān)。你看看40%應(yīng)變的優(yōu)化結(jié)果，是不是真空層變厚了很多，而材料的厚度的增加并有達(dá)到40% |
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12樓2013-04-28 15:47:07
lijuanshu
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1.我參考的文獻(xiàn)中提到：For the GB system, a 25-layer slab model was adopted to simulate the clean Al ∑ 5 （012）[100] GB, which proved to be sufficiently large using a series of total-energy convergence tests discussed later. The GB system is composed of two identical grains, each containing 13 layers with one layer on the GB plane being shared between the two grains. A vacuum region with a 4.5 a.u. thickness is added on both sides. 應(yīng)該就是加真空層的意思吧？ 2.下圖1、2、3分別為無(wú)應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)?0%、60%的電荷密度，這三幅圖都是在VASTA中做的，三幅圖的長(zhǎng)度都一樣，但是寬度越來(lái)越小，不知道如何調(diào)節(jié)才能使寬度一致。你應(yīng)該也畫過(guò)類似的圖吧，用什么軟件畫出的電荷密度圖的效果會(huì)好些呢？還請(qǐng)不吝賜教。 無(wú)應(yīng)變.gif 應(yīng)變?yōu)?0%.gif 應(yīng)變?yōu)?0%.gif |
13樓2013-04-28 16:37:04
acridine
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1.從你引用的句子看 文章中的模型應(yīng)該是沒(méi)問(wèn)題的,他的slab厚度夠,而且他也做了收斂測(cè)試,足以證明模型的準(zhǔn)確性.至于真空層,你之前做的表面,自然真空層要比較厚，以使得表面與鏡像的距離足夠遠(yuǎn)。而這里研究的是界面，即使表面受到影響，也不會(huì)影響到13個(gè)slab之外的界面的性質(zhì)。我個(gè)人認(rèn)為他這里不加真空層也可以的，我猜他可能是在界面摻雜Al原子后，slab厚度會(huì)改變，用真空層來(lái)起到釋放slab應(yīng)變的作用。你的情況應(yīng)該不同吧，首先拉伸的時(shí)候有真空是不合理的，另外既然你用的是平面波法，加真空會(huì)無(wú)故引入額外的計(jì)算量，那又是何必呢？ 2.我沒(méi)使用過(guò) VASP,所以對(duì)你說(shuō)的軟件不了解。不過(guò)實(shí)際上你的圖應(yīng)該是寬度相等，長(zhǎng)度不同（是長(zhǎng)度方向拉伸吧？）這個(gè)可能是畫圖時(shí)候設(shè)置的問(wèn)題，也可能是數(shù)據(jù)點(diǎn)設(shè)置的問(wèn)題。一般軟件提供的工具都是方便我們查看結(jié)果，畫圖效果并不好。真正寫作的時(shí)候都要把數(shù)據(jù)導(dǎo)出，再用專門的繪圖軟件畫圖 另外你的分析的角度也不太對(duì)。一般是研究斷裂開(kāi)始的狀態(tài)，并不是等到完全斷裂。你看你40%的結(jié)果，已經(jīng)明顯發(fā)生斷鍵了，就沒(méi)有必要再拉伸了。而且目測(cè)斷裂的開(kāi)端的應(yīng)該就是界面原子。 不過(guò)我最終的建議還是 你把模型以及拉伸過(guò)程想清楚設(shè)置明確之后再分析結(jié)果。對(duì)于你自己不確定是否可靠的結(jié)果，你分析得再清楚也是沒(méi)有意義的 |
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14樓2013-04-29 08:58:01
lijuanshu
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我又重新計(jì)算了下，這次沒(méi)有加真空層，拉伸也是逐漸進(jìn)行的，對(duì)于不加雜志元素的純晶界，我所建立的模型一共有三層，下圖1,2,分別為無(wú)應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)?3%的第一層的電荷密度圖，下圖3,4分別為無(wú)應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)?3%的中間層的電荷密度圖，對(duì)于如何分析電荷密度圖還不是很了解，我認(rèn)為拉伸到應(yīng)變?yōu)?3%時(shí)，晶界處應(yīng)該斷裂了，因?yàn)楦鲗拥木Ы缣幎紱](méi)有鍵相連，但是我在23%的基礎(chǔ)上再增加應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)能量還是不斷的增加。我理解的是，如果晶界真的發(fā)生斷裂，那么在此基礎(chǔ)上不管如何增加應(yīng)變，能量都應(yīng)該保持不變才對(duì)啊，但是我的結(jié)果又不對(duì)了，還希望您能給些建議。 圖1.jpg 圖2.jpg 圖3.jpg 圖4.jpg |
15樓2013-05-09 19:39:17
lijuanshu
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是不是因?yàn)槟愕慕Y(jié)構(gòu)中slab不夠厚呢。你看你的圖中，如果沿著（100）晶向（我不確定你這里是不是100，看上去挺像），其實(shí)每個(gè)slab只有三層原子，如果排除受晶界影響的最外層，那就只剩下最中心一層了。也就是說(shuō)，只有很少的原子保持著bulk中的成鍵狀態(tài)，因此在外加應(yīng)變作用下，所有原子的鍵合都發(fā)生了改變 也屬于正常吧。另外你也可以看看優(yōu)化結(jié)果，看原子受力是否都是接近0的。如果不是，則有可能是優(yōu)化不徹底。你初始的結(jié)構(gòu)是所有原子都發(fā)生應(yīng)變的，如果優(yōu)化不徹底，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)位置都有殘余應(yīng)變。 |
17樓2013-05-10 00:20:25
acridine
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小木蟲(chóng): 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
franch: 金幣+2, 謝謝回帖交流，， 2013-05-13 21:28:18
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不知道你是怎么判斷出 “都沒(méi)有鍵相連”的，從電荷圖上看應(yīng)該還有鍵在。不過(guò)就算真的成鍵都斷了，slab之間也還會(huì)有比如偶極靜電相互作用，甚至范德華相互作用。而只要有相互作用，你通過(guò)增加應(yīng)變而改變slab之間的距離，就會(huì)導(dǎo)致體系能量的改變，因此你想通過(guò)“能量都應(yīng)該保持不變”來(lái)判斷是否發(fā)生斷裂，是不合適的。通過(guò)能量確實(shí)能判斷斷裂的發(fā)生，不過(guò)需要畫出能量-應(yīng)變 曲線，一般在發(fā)生斷鍵的時(shí)候，曲線形狀會(huì)發(fā)生突變。一個(gè)更明顯的判據(jù)是應(yīng)力-應(yīng)變曲線，一般在斷鍵之前應(yīng)力會(huì)隨著應(yīng)變?cè)黾佣黾�。發(fā)生斷鍵時(shí)應(yīng)力會(huì)突然降低。 最后我還是要強(qiáng)調(diào)，你要找的是斷裂開(kāi)始的點(diǎn)，而非完全斷裂的點(diǎn)。因?yàn)檫@種靜態(tài)的拉伸模擬只有在發(fā)生斷裂之前的才是有意義的。在斷裂開(kāi)始之后，一些其它的因素，比如原子或缺陷的熱力學(xué)運(yùn)動(dòng)，主導(dǎo)著體系的進(jìn)一步演變，這并非靜態(tài)拉伸所能描述的。此時(shí)若繼續(xù)盲目的單純拉伸，就顯得脫離世界且也沒(méi)有意義了吧。 |
18樓2013-05-10 00:57:33
lijuanshu
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19樓2013-05-10 09:03:00
lijuanshu
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20樓2013-05-10 09:11:52
acridine
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關(guān)于層厚，其實(shí)準(zhǔn)確的做法應(yīng)該是做收斂測(cè)試，就像你之前提到的那片文獻(xiàn)中說(shuō)的那樣。你應(yīng)該不斷增加slab厚度，進(jìn)行同樣計(jì)算，直到最后確定再增加厚度也不會(huì)影響你的計(jì)算了，就表明厚度夠了。不過(guò)你現(xiàn)在是在探索階段，沒(méi)必要做這么大量的繁復(fù)分析計(jì)算。不妨參考文獻(xiàn)中類似體系，看他們采用的厚度是多少，你用類似的厚度進(jìn)行探索試驗(yàn)應(yīng)該就可以了。 關(guān)于電荷密度的分析，還是多看看文獻(xiàn)吧，感覺(jué)你的文獻(xiàn)量還不夠，我雖然不是專門做拉伸的，只看過(guò)不多的文章，不過(guò)里面就不乏用電荷密度判斷鍵合的。你專門研究這個(gè)，閱讀的文獻(xiàn)理應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我所涉獵的。 關(guān)于應(yīng)力，你的計(jì)算軟件肯定有計(jì)算應(yīng)力的功能，你仔細(xì)看看手冊(cè)吧 關(guān)于斷裂開(kāi)始之后的模擬，還是建議你多看文獻(xiàn)，這部分很復(fù)雜，影響因素很多，一定要確定你的拉伸能否模擬這個(gè)過(guò)程。其實(shí)這種 應(yīng)變+幾何優(yōu)化 的方法并不是十分精密的，有很多細(xì)節(jié)需要注意。比如一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈恼�，在�?yīng)變要達(dá)到斷裂起點(diǎn)的時(shí)候，在每次幾何優(yōu)化之后都要附加一個(gè)振動(dòng)計(jì)算，看有沒(méi)有虛頻，以判斷優(yōu)化后的結(jié)果是否是穩(wěn)定的，這樣才能精密找到斷裂開(kāi)始的地方。可想而知，斷裂開(kāi)始之后，影響因素更復(fù)雜，并不認(rèn)為這種簡(jiǎn)單的 應(yīng)變+幾何優(yōu)化 就能描述復(fù)雜真實(shí)的過(guò)程。 |
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21樓2013-05-11 11:31:50
lijuanshu
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22樓2013-05-13 11:01:42
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23樓2013-06-26 20:38:10
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