Zn-,4-Sb-,3-力學(xué)性能的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、近年來受全球能源危機(jī)的影響，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)及高性能新型熱電材料的研究受到人們的極大關(guān)注。其中Zn4Sb3因為具有較高的ZT值而被公認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧现唬鋸?qiáng)度較低的缺點限制了它的廣泛應(yīng)用。強(qiáng)度極限和彈性模量等力學(xué)量是材料機(jī)械強(qiáng)度的基本性能指標(biāo)，這些基本的力學(xué)性能指標(biāo)是衡量材料服役行為的重要依據(jù)，具有重要意義。因此本文通過分子動力學(xué)方法研究了Zn4Sb3單晶在0K和300K時的基本力學(xué)行為，從而為研究Zn4Sb3單晶力學(xué)性

2、能及服役行為提供參考。
　　 本文采用分子動力學(xué)方法并運用開源并行程序Lammps研究單晶Zn4Sb3熱電材料的基本力學(xué)行為。具體研究內(nèi)容如下：
　　 1.采用基于密度泛函理論的VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)軟件包對Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)的基態(tài)物理性質(zhì)做了第一性原理研究。首先建立了Zn4Sb3晶體最小的重復(fù)單胞模型，通過對晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，得到了Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)的平衡體

3、積，結(jié)合能以及Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)平衡時所有原子的坐標(biāo)。然后給定六組不同的應(yīng)變，得到相應(yīng)六組獨立的方程，計算獲得了Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)矩陣。
　　 2.簡化Zn4Sb3熱電材料復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，確定Zn4Sb3熱電材料原子間的相互成鍵方式。首先從目前認(rèn)可的幾種晶體結(jié)構(gòu)中選擇有代表性的一種結(jié)構(gòu)，進(jìn)而從晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的角度給出原子間的相互成鍵方式和勢函數(shù)形式。通過基態(tài)物理性質(zhì)方程，運用第一性原理算得的基態(tài)物理性質(zhì)作為輸入數(shù)據(jù)

4、，用最小二乘方法擬合出勢函數(shù)參數(shù)值。
　　 3.根據(jù)Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)的特點，構(gòu)建了用于分子動力學(xué)計算的單胞模型，分別從平衡時晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和0K時的彈性常數(shù)兩方面對勢函數(shù)進(jìn)行了驗證。其中穩(wěn)定性通過徑向分布函數(shù)得到的原子的近鄰距離來判斷。運用構(gòu)建的勢函數(shù)模擬Zn4Sb3單晶塊體在0K和300K兩種溫度下[010]方向和[001]方向時的拉伸力學(xué)性能。通過比較發(fā)現(xiàn)，兩種溫度下Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為的差異主要由原子的熱振