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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該體系的影響，用第一性原理拉伸試驗對含有晶界的體系進行拉伸，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)果與文獻上的差別很大，還希望與了解這方面的蟲友們探討下，共同解決問題， 圖1CHGCAR.gif 圖2CHGCAR.gif |
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2樓2013-04-25 23:53:56
3樓2013-04-26 07:59:40
4樓2013-04-26 09:09:47
5樓2013-04-26 13:28:42
6樓2013-04-26 15:41:43
7樓2013-04-26 16:45:04
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lijuanshu: 金幣+1 2013-04-27 14:17:12
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模型有兩個問題: 1. 初試結(jié)構(gòu)不應(yīng)該有真空層. 否則加應(yīng)變只會使真空層不斷被拉伸得越來越厚,材料本身不會受到影響。而你這里之所以材料本身發(fā)生變化，是因為你突然加了一個比較大的應(yīng)變，這就是模型的第二個問題 2.應(yīng)變要慢慢的加，這樣才能看出到底是哪個位置的鍵先斷裂，而你直接加大應(yīng)變，只會導致結(jié)構(gòu)亂掉，這是不合理的。 |
8樓2013-04-27 00:26:10
9樓2013-04-27 14:30:20
★ ★ ★
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franch: 金幣+2, 謝謝回帖交流，， 2013-05-13 21:27:39
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1 肯定是不加真空的。不加真空時，由于周期性，你建立的超胞中是有兩個晶界的（在你加真空的那個地方又出現(xiàn)了一個晶界）。事實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，引入了表面必然會影響體系的性質(zhì)。 2. 我就是這個意思，應(yīng)變是要逐漸加的。你通過改變z軸來作為初始結(jié)構(gòu)，這在小應(yīng)變下是完全可以的，但在大應(yīng)變下這個初始模型就不合理的。我舉個極端的例子吧，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了60%，那么得到的結(jié)果會是：橡皮筋沒事，鋼絲斷了。這就足以說明初始結(jié)構(gòu)無意義，會導致十分荒謬的計算結(jié)果。 另外60% 這個應(yīng)變似乎太大了吧，你看看文獻的應(yīng)變范圍取到多少 |
10樓2013-04-27 21:44:23
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1.在一開始建模的時候，我也認真的考慮了該不該加真空層，看了一些文獻，有加也有不加的。我一開始是計算表面吸附的，那時候所有的計算都加了12Å的真空層，晶界是剛開始模擬的，基本還什么都不懂，主要就是參照Shengjun Zhang這個人的文獻做的，文獻出處：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%確實太大了，只是我用這種錯誤的方法計算的40%的時候，晶界還沒有完全斷裂，我就想增大應(yīng)變，看看晶界什么時候會斷裂。但是我模擬的晶界斷裂為什么不是發(fā)生在晶界處，而是在晶界附近對稱的位置呢？ |
11樓2013-04-28 13:24:59
★ ★ ★
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1.我沒看你提到的文章，所以不能妄加評論，不過一定要看清楚它模擬的是什么。如果像你說的那樣，只有2.5埃,應(yīng)該只有1、2個鋁原子層的間距吧，你確定是用來起真空層的作用嗎？ 或者那他們模擬的是兩個面聚合的過程? 2.正如我說的，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)變會集中到界面。而你的模型是把整個晶體均勻加應(yīng)變。應(yīng)變小的時候，優(yōu)化后bulk部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)該會基本回復(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。之后你一點點的增加應(yīng)力，每次都會發(fā)生類似的現(xiàn)象：bulk基本不變，界面變形越來越大。最后，材料由于晶面附近變型過大而斷裂。這是正確的方法。而如果你上來就對整體加大應(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到40% |
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12樓2013-04-28 15:47:07
送紅花一朵 |
1.我參考的文獻中提到：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，三幅圖的長度都一樣，但是寬度越來越小，不知道如何調(diào)節(jié)才能使寬度一致。你應(yīng)該也畫過類似的圖吧，用什么軟件畫出的電荷密度圖的效果會好些呢？還請不吝賜教。 無應(yīng)變.gif 應(yīng)變?yōu)?0%.gif 應(yīng)變?yōu)?0%.gif |
13樓2013-04-28 16:37:04
★ ★ ★ ★ ★
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lijuanshu: 金幣+1 2013-05-09 16:02:32
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lijuanshu: 金幣+1 2013-06-26 20:38:44
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lijuanshu: 金幣+1 2013-06-26 20:38:44
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1.從你引用的句子看 文章中的模型應(yīng)該是沒問題的,他的slab厚度夠,而且他也做了收斂測試,足以證明模型的準確性.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。而這里研究的是界面，即使表面受到影響，也不會影響到13個slab之外的界面的性質(zhì)。我個人認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厚度會改變，用真空層來起到釋放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，加真空會無故引入額外的計算量，那又是何必呢？ 2.我沒使用過 VASP,所以對你說的軟件不了解。不過實際上你的圖應(yīng)該是寬度相等，長度不同（是長度方向拉伸吧？）這個可能是畫圖時候設(shè)置的問題，也可能是數(shù)據(jù)點設(shè)置的問題。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。真正寫作的時候都要把數(shù)據(jù)導出，再用專門的繪圖軟件畫圖 另外你的分析的角度也不太對。一般是研究斷裂開始的狀態(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，就沒有必要再拉伸了。而且目測斷裂的開端的應(yīng)該就是界面原子。 不過我最終的建議還是 你把模型以及拉伸過程想清楚設(shè)置明確之后再分析結(jié)果。對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有意義的 |
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14樓2013-04-29 08:58:01
送紅花一朵 |
我又重新計算了下，這次沒有加真空層，拉伸也是逐漸進行的，對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分別為無應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)?3%的中間層的電荷密度圖，對于如何分析電荷密度圖還不是很了解，我認為拉伸到應(yīng)變?yōu)?3%時，晶界處應(yīng)該斷裂了，因為各層的晶界處都沒有鍵相連，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)該保持不變才對啊，但是我的結(jié)果又不對了，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
16樓2013-05-09 22:17:28
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是不是因為你的結(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），其實每個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，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，會導致各個位置都有殘余應(yīng)變。 |
17樓2013-05-10 00:20:25
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不知道你是怎么判斷出 “都沒有鍵相連”的，從電荷圖上看應(yīng)該還有鍵在。不過就算真的成鍵都斷了，slab之間也還會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，你通過增加應(yīng)變而改變slab之間的距離，就會導致體系能量的改變，因此你想通過“能量都應(yīng)該保持不變”來判斷是否發(fā)生斷裂，是不合適的。通過能量確實能判斷斷裂的發(fā)生，不過需要畫出能量-應(yīng)變 曲線，一般在發(fā)生斷鍵的時候，曲線形狀會發(fā)生突變。一個更明顯的判據(jù)是應(yīng)力-應(yīng)變曲線，一般在斷鍵之前應(yīng)力會隨著應(yīng)變增加而增加。發(fā)生斷鍵時應(yīng)力會突然降低。 最后我還是要強調(diào)，你要找的是斷裂開始的點，而非完全斷裂的點。因為這種靜態(tài)的拉伸模擬只有在發(fā)生斷裂之前的才是有意義的。在斷裂開始之后，一些其它的因素，比如原子或缺陷的熱力學運動，主導著體系的進一步演變，這并非靜態(tài)拉伸所能描述的。此時若繼續(xù)盲目的單純拉伸，就顯得脫離世界且也沒有意義了吧。 |
18樓2013-05-10 00:57:33
19樓2013-05-10 09:03:00
20樓2013-05-10 09:11:52
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關(guān)于層厚，其實準確的做法應(yīng)該是做收斂測試，就像你之前提到的那片文獻中說的那樣。你應(yīng)該不斷增加slab厚度，進行同樣計算，直到最后確定再增加厚度也不會影響你的計算了，就表明厚度夠了。不過你現(xiàn)在是在探索階段，沒必要做這么大量的繁復(fù)分析計算。不妨參考文獻中類似體系，看他們采用的厚度是多少，你用類似的厚度進行探索試驗應(yīng)該就可以了。 關(guān)于電荷密度的分析，還是多看看文獻吧，感覺你的文獻量還不夠，我雖然不是專門做拉伸的，只看過不多的文章，不過里面就不乏用電荷密度判斷鍵合的。你專門研究這個，閱讀的文獻理應(yīng)遠遠超過我所涉獵的。 關(guān)于應(yīng)力，你的計算軟件肯定有計算應(yīng)力的功能，你仔細看看手冊吧 關(guān)于斷裂開始之后的模擬，還是建議你多看文獻，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過程。其實這種 應(yīng)變+幾何優(yōu)化 的方法并不是十分精密的，有很多細節(jié)需要注意。比如一些嚴謹?shù)奈恼拢趹?yīng)變要達到斷裂起點的時候，在每次幾何優(yōu)化之后都要附加一個振動計算，看有沒有虛頻，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始的地方。可想而知，斷裂開始之后，影響因素更復(fù)雜，并不認為這種簡單的 應(yīng)變+幾何優(yōu)化 就能描述復(fù)雜真實的過程。 |
» 本帖已獲得的紅花（最新10朵）
21樓2013-05-11 11:31:50
22樓2013-05-13 11:01:42
23樓2013-06-26 20:38:10
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