[發明專利]一種基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法

在審

• 申請號: 202110486264.2
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113311011A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 李育彪;魏楨倫
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20;G06F30/20
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 陳建軍

1.一種基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，包括如下步驟：

對目標礦物進行XRD分析，獲取目標礦物的若干晶面指數和晶格參數；

根據目標礦物的所述晶格參數構建標準晶胞模型，設置優化參數條件并對所述標準晶胞模型進行晶胞幾何優化，得到優化晶胞模型；

沿目標礦物每一所述晶面指數方向，對所述優化晶胞模型進行切割，并在每一切割面上設置真空層，形成初始晶面模型；

基于所述優化參數條件對所述初始晶面模型進行晶面幾何優化，得到弛豫晶面模型；

根據所述優化晶胞模型和弛豫晶面模型的若干性質參數，計算出弛豫后各個晶面的表面能，并選取表面能最小的晶面作為目標礦物的優選晶面。

2.根據權利要求1中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述根據目標礦物的所述晶格參數構建標準晶胞模型的步驟具體為：將目標礦物的所述晶格參數導入Materials Studio軟件中，構建得到所述標準晶胞模型。

3.根據權利要求2中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，根據所述優化晶胞模型的晶格參數變化程度和晶胞能量高低，確定最優的所述優化參數條件；

所述優化參數條件具體包括關于所述標準晶胞模型的交換關聯泛函、截斷能、k點取值、色散力修正以及自旋設置。

4.根據權利要求3中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述優化晶胞模型的晶格參數變化程度最小以及晶胞能量最低時，所對應的所述優化參數條件為最佳。

5.根據權利要求3中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述設置優化參數條件并對所述標準晶胞模型進行晶胞幾何優化的步驟具體為：將所述優化參數條件輸入Materials Studio軟件的Castep計算模塊，對所述標準晶胞模型進行幾何結構的優化運算。

6.根據權利要求3中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述對所述優化晶胞模型進行切割的步驟具體為：將目標礦物的若干所述晶面指數輸入Materials Studio軟件里Build模塊的Cleave Surface功能，沿若干所述晶面指數方向對所述優化晶胞模型進行切割。

7.根據權利要求3中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述在每一切割面上設置真空層的步驟具體為：以所述優化晶胞模型為基礎平移單元，在每一切割面上平移增加出預設厚度的虛擬層狀結構，并記為所述真空層。

8.根據權利要求3中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述基于所述優化參數條件對所述初始晶面模型進行晶面幾何優化的步驟具體為：將所述優化參數條件輸入Materials Studio軟件的Castep計算模塊，對所述初始晶面模型進行幾何結構的優化運算。

9.根據權利要求3中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述優化晶胞模型的性質參數包括經晶胞幾何優化后晶胞的能量和晶胞的原子數；

所述弛豫晶面模型的性質參數包括弛豫后晶面的能量、晶面的原子數以及晶面的面積。

10.根據權利要求9中所述的基于密度泛函理論的礦物晶面優選方法，其特征在于，所述弛豫晶面模型中各個晶面表面能的計算式為：

式中，E_表面為弛豫后某一晶面的表面能，E_晶面為弛豫后某一晶面的能量，E_晶胞為經晶胞幾何優化后晶胞的能量，N_晶面為弛豫后某一晶面的原子數，N_晶胞為經晶胞幾何優化后晶胞的原子數，A為弛豫后某一晶面的面積。