计算机的模拟在发光材料中地地的应用

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1、实用标准文案计算机模拟在发光材料中的应用(河北理工大学研究生学院，河北唐山063009)摘要：本文针对近些年计算机模拟技术在发光材料中的重要作用,介绍了它的研究范畴和技术类型,及其在研究材料的合成和制备、性能测试和分析中的应用。关键字：发光材料，计算机模拟，结构与性能随着现代高新技术的发展,对材料性能的要求已经越来越高,因此，对材料科学本身也提出了更高的要求。随着对材料微观结构与宏观性能关系了解的日益深入，人们已经可以从理论上预言具有特定结构与功能的材料体系，从而设计出更加符合要求的新型材料。在计算机技术迅速

2、发展的今天，计算机模拟已经成为解决材料科学中实际问题的重要组成部分，作为材料科学重要组成部分的发光材料自然也越来越离不开计算机模拟技术。1　计算机模拟技术的优势采用各种新颖算法的模拟技术，并结合运算功能强大的计算机，人们能够做到前所未有的细致和精确程度对物质内部状况进行研究。这导致计算机模拟在材料科学中的应用越来越广泛，20世纪80年代后由此产生了一门新的材料研究分支——计算材料科学(ComputationalMaterialsScience)，它主要基于数值模拟方法以及数学方法的计算与求解，并结合材料的其他

3、特性，用计算机实现对材料的组分、性能以及工艺性质的模拟和预测［１］，使材料科学从半经验的定性描述进入定量预测控制的新阶段。采用模拟技术进行材料研究的优势在于它不但能够模拟各类实验过程，了解材料的内部微观性质及其宏观力学行为，并且在没有实际备制出这些新材料前就能预测它们的性能，为设计出优异性能的新型结构材料提供强有力的理论指导。材料科学研究中的模拟“实验”比实物实验更高效、经济、灵活，并且在实验很困难或不能进行的场合仍可进行模拟“实验”，特别是在对微观状态与过程的了解方面，模拟“实验”更有其独特性甚至有不可替代

4、的作用。2　材料研究的主要模拟技术2.1　第一原理模拟技术材料的电子结构及相关物性与宏观性能密切相关。因此，研究材料的电子结构及相关物性，对从微观角度了解材料宏观形变与断裂力学行为的本质机制具有重要价值，也能为探索改善材料力学性能的可能途径提供指导。基于量子力学第一原理的局部密度函数(LDF)理论上的各种算法(LMTO，FLAPW，SCF-XA-SW，LKKR等)已能够计算材料的电子结构及一些基本物理性能，包括晶界—非晶—自由表面与断纹面—杂质—缺陷等各类原子组态的电子结构、相结构稳定性、点和切变面缺陷能量、

5、理想解能量、原子键强及热力学函数等，这使得在实验和理论之间的比较不再局限于依靠经验或半经验参量势函数的计算模式。2.2　原子模拟技术按照获得原子位形或微观状态的方法，对于完整和非完整晶体的结构、动力学和热力学性质，有几种可行的模拟方法，如分子动力学方法(MD)，精彩文档实用标准文案蒙特卡罗方法(MC),最小能量法(EM)等。分子动力学的目标是研究体系中与时间和温度有关的性质而不只是静力学模拟中研究的构型方面。分子动力学方法是求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程)，通过分析系统中各粒子的受力情况，

6、用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度，来确定粒子的运动状态。蒙特卡罗方法是根据待求问题的变化规律，人为地构造出一个合适的概率模型，依照该模型进行大量的统计试验，使它的某些统计参量正好是待求问题的解。最小能量法是利用计算机计算晶体的能量，通过调整原子的位置、调整原子间的化学键长和键角得到最可能的结构，使其系统能量下降，达到最小，所计算的能量值与实验结果相比较，可达到相当精确的程度。2.3　连续介质模型的模拟方法为处理宏观问题，常用的方法主要包括传统的有限差分法、有限元法、边界元法等。例如，对材

7、料研究中的传热温度场、传质扩散等问题都可借助这些方法进行求解。此外，对于某些连续的材料微观物理演变过程，也可以在对空间和时间的离散化处理的基础上，采用一定的算法对其进行数据模拟，如对材料的显微组织转变过程、晶粒或第二相粒子长大过程等现象的数值模拟。2.4　综合化模拟方法综合模拟技术是近年来兴起并蓬勃发展的一类新技术。综合化的含义主要体现在研究方法和研究对象的空间尺度两个方面，前者除发展全新技术外，还包括将原有的基于交互作用势函数的原子模拟技术、从第一原理出发的各种计算技术、连续介质模型、离散化数值计算这三类技

8、术相结合的模拟技术；后者或是直接研究介于原子尺度和宏观尺度之间中间尺度(1～100Lm)的材料结构与性能，或是将不同尺度的材料行为联系起来作为统一体加以研究，特别是如何将不同层次的研究联系起来,已成为材料模拟领域最富挑战性的重点课题。2.5　人工智能模拟技术在材料研究和应用的不少领域，很大程度上还依靠经验解决问题，或者某些问题即使存在理论上的算法解，但由于解法过于复杂，使它们难以实际应用。针对上述现