资源描述：
《原子间相互作用势.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、原子间相互作用势InteratomicPotentialsQing-YuZhangStateKeyLaboratoryforMaterialsModificationbyLaser,IonandElectronBeams微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势是所有有关原子水平上的计算机模拟的基础,原子间相互作用势的精确与否将直接影响着模拟结果的准确性,而计算机模拟所需要的计算机机时则取决于势函数的复杂程度。如果从第一原理出发,对某一材料进行完全的量子力学处理,不仅在计算方法上存在一定的困难,而且
2、难以获得全面而准确的计算结果。微观尺度材料设计原子间相互作用势在一定的物理模型的基础上发展相应的原子间相互作用势,进而研究材料的性质和不同状态下的行为,成为材料研究中一种必要的研究手段。早期的原子间相互作用势多数是一些纯经验拟合势,近年来人们更多地是通过基本电子结构的理论计算,发展一些合适的半经验的“有效势”。微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-晶体的类型离子晶体：结合力主要依靠正、负离子间的静电库仑力。离子晶体的结合能一般在800kJ/mol、配位数最多为8。离子晶体的结合稳定性导致导电性能差
3、、熔点高、热膨胀系数小等特征。大多数离子晶体对可见光透明，在远红外区有一个特征吸收峰。典型的离子晶体：I-VII、II-VI微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-晶体的类型共价晶体：结合力主要依靠共用电子对键合。共价晶体的结合能一般比较高、共价键具有饱和性和方向性，以共价键形式结合的原子所能形成的键数有一个极大值和确定取向。共价晶体的导电性能差、熔点高、硬度大等特征。典型的共价晶体：IV微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-晶体的类型微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-晶体的类型金
4、属晶体：结合力主要依靠原子实和电子云间的静电库仑力。金属晶体一般为密堆结构，配位数为12；少数金属具有体心立方结构，配位数为8。金属晶体的结合能一般比较小，但过渡金属的结合能比较大。金属晶体的导电性能好、一般熔点低，过渡金属的熔点比较高。典型的金属晶体：I、II及过渡元素微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-晶体的类型分子晶体：结合力主要依靠瞬时偶极矩的相互作用范德瓦耳斯力。分子晶体的结合能很低、以密堆结构排列、配位数为12。分子晶体导电性能差、熔点低。分子晶体对可见光透明。分子晶体分为极性和非极
5、性两大类。典型的分子晶体：VIII微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-晶体的类型氢键晶体：结合力主要依靠氢原子与电负性很大而原子半径较小的两个原子结合成XHY强键弱键形式。氢键晶体的结合能一般比较低、氢键具有饱和性。典型的氢键晶体：H2O微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-结合力的一般性质力函数平衡位置最大有效位置微观尺度材料设计原子间相互作用势晶体的结合-结合力的一般性质微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-对势对势在早期的材料研究中发挥了极为重要的作用,并仍然活
6、跃在计算机模拟的许多领域。根据对系统总能量的贡献,可以把对势分为两类。系统的总能量完全由对势函数决定,这类对势可以有效地描述vanderWaals相互作用占主导地位的体系；对势函数仅描述恒定的材料平均密度下系统能量随原子构型的变化,这类对势适用于描述sp-价态金属。微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-对势对于由N个粒子组成的体系,对势函数描述的系统总能量为其中ij(rij)为原子i、j相距为rij时的对势函数。对于第一类对势U=0,对于第二类对势U()为原子凝聚对系统总能量的贡献,它是原
7、子平均体积或材料平均密度的函数,同时ij也可以是的函数。微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-对势Lennard-Jones势微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-对势Morse势其中0,r0和可以通过对凝聚能、平衡时的点阵常数和体弹模量的拟合给出。当=6时,Morse势与Lennard-Jones(6-12)势非常接近。微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-对势Born-Mayer势：Born-Mayer势是为了描述离子晶体中离子间的闭壳层电子所产生的
8、排斥作用而提出的,其一般形式为Born-Mayer势中的参数A,B一般是通过平衡态的晶体数据确定的。微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-对势sp-价态金属的对势：对于sp-价态金属,人们经常可以利用准自由电子近似和弱赝势模型处理。在这一理论模型中,内壳层电子的作用被记入原子核,从而构成有效电荷为Z的原子实。系统的总能量为其中为密度关联项。微观尺度材料设计原子间相互作用势原子间相互作用势-基于有效
