[發(fā)明專利]一種超穩(wěn)態(tài)玻璃結構的制備方法

在審

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• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113674808A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 李冬冬;黃圓圓;周錦濤;陳恒;周如龍
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C60/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種超穩(wěn)態(tài)玻璃結構的制備方法，其步驟包括：1.玻璃初始模型的搭建與優(yōu)化；2.對仿真過程中參數(shù)進行定義；3.產(chǎn)生隨機數(shù)，使構型進行隨機旋轉；4.采用SWAP算法對局域結構進行弛豫；5.更換團簇中心原子并進行SWAP運算；6.更換原子繼續(xù)進行旋轉操作，降低體系能量并最后獲得所建的構型。本發(fā)明引入第一近鄰團簇的隨機轉動操作，用于激活系統(tǒng)，充分釋放局部應力使構型更加穩(wěn)定，以獲得更加符合實際的超穩(wěn)態(tài)玻璃材料的模型，從而提高實驗的準確性，為非晶玻璃性質的研究帶來積極的意義。

技術領域

本發(fā)明涉及非晶體材料的計算模擬技術領域，具體的說是一種通過理論計算來獲取超穩(wěn)態(tài)玻璃結構的方法；并建立超穩(wěn)態(tài)玻璃模型對非晶態(tài)合金(金屬玻璃)材料的物理性質作系統(tǒng)的研究。

背景技術

非晶態(tài)物質是復雜的多體相互作用體系，非晶態(tài)材料中的非晶玻璃由于其基本而獨特的性質，不僅成為性能獨特、在日常生活中和高新技術領域都廣泛使用的新材料，同時也成為研究材料科學和凝聚態(tài)物理的一些重要科學問題的模型體系。非晶玻璃采用快速凝固的方法，使材料在液體冷卻至固體時而不會形成晶體。使其對于非晶態(tài)材料而言，超穩(wěn)態(tài)玻璃材料成為一種新型的材料備受關注，實驗上的穩(wěn)態(tài)玻璃具備較低的能量，為了真正的揭開金屬玻璃材料的性質。計算機模擬也作為一種可靠的手段被用來進行一些更深入的研究。早期的用來探究超穩(wěn)態(tài)玻璃模型構建采用SWAP算法，該算法獲得的穩(wěn)定的玻璃的結構有與初始結構有較大的相似性，該算法在尋找超穩(wěn)玻璃過程中，存在早熟的問題，同時對于原子半徑差別不大的體系，效果欠佳。而采用SWAP算法得到的超穩(wěn)定玻璃的結構依賴于初始結構的選擇，進行優(yōu)化得到的構型無法到達更加穩(wěn)定的狀態(tài)，從而導致影響實驗結果得精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，提出一種超穩(wěn)態(tài)玻璃結構的制備方法，本發(fā)明引入第一近鄰團簇的隨機轉動操作，用于激活系統(tǒng)，充分釋放局部應力使構型更加穩(wěn)定，以能獲得更加符合實際的超穩(wěn)態(tài)玻璃材料的模型，從而能提高實驗的準確性，為深入研究非晶玻璃的性質奠定基礎。

本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發(fā)明一種超穩(wěn)態(tài)玻璃結構的制備方法的特點是按如下步驟進行：

步驟1：玻璃初始模型的搭建與優(yōu)化；

步驟1.1、利用Material Studio、VESTA軟件構造立方胞體，并設置與研究體系相關的金屬玻璃合金原子后隨機填充在格點上，從而搭建具有N個原子數(shù)的M元玻璃初始構型Z₁；

步驟1.2、選取用于描述金屬玻璃合金原子之間相互作用的勢函數(shù)；

步驟1.3、計時開始，采用分子動力學模擬法對搭建好的玻璃初始模型Z₁加熱至熔點以上并保持恒溫加熱一段時間，以達到玻璃初始構型Z₁的狀態(tài)平衡；

步驟1.4、對狀態(tài)平衡后的模型進行模擬降溫至零溫，從而得到優(yōu)化后的金屬玻璃的初始構型Z₂；

步驟2：對仿真過程中參數(shù)進行定義；

步驟2.1、定義當前迭代次數(shù)為r；

步驟2.2、初始化r＝0；

步驟2.3、令k表示對中心原子的旋轉操作次數(shù)；

步驟2.4、定義旋轉操作的最大次數(shù)為k_max；

步驟2.5、定義體系的截斷半徑為r_cut、運算時間為λ，運算最大時間為λ_max；

步驟2.6、初始化k＝0；

步驟3：產(chǎn)生隨機數(shù)，使構型進行隨機旋轉；

步驟3.1、令在第r次迭代過程中第k次旋轉操作后的構型為且構型的能量為