Zn_4Sb_3力学性能的分子动力学模拟.

Zn_4Sb_3力学性能的分子动力学模拟

近年来受全球能源危机的影响,热电转换技术及高性能新型热电材料的研究受到人们的极大关注。其中Zn4Sb3因为具有较高的ZT值而被公认为是最具应用前景的中温热电材料之一,但其强度较低的缺点限制了它的广泛应用。强度极限和弹性模量等力学量是材料机械强度的基本性能指标,这些基本的力学性能指标是衡量材料服役行为的重要依据,具有重要意义。因此本文通过分子动力学方法研究了Zn4Sb3单晶在0K和300K时的基本力学行为,从而为研究Zn4Sb3单晶力学性能及服役行为提供参考。本文采用分子动力学方法并运用开源并行程序Lammps研究单晶Zn4Sb3热电材料的基本力学行为。具体研究内容如下：1、采用基于密度泛函理论的VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)软件包对Zn4Sb3晶体结构的基态物理性质做了第一性原理研究。首先建立了

Zn4Sb3晶体最小的重复单胞模型,通过对晶体结构的优化,得到了Zn4Sb3晶体

结构的平衡体积,结合能以及Zn4Sb3晶体结构平衡时所有原子的坐标。然后给定六组不同的应变,得到相应六组独立的方程,计算获得了Zn4Sb3晶体结构的弹性常数矩阵。2、简化Zn4Sb3热电材料复杂的晶体结构,确定Zn4Sb3热电材料原子间的相互成键方式。首先从目前认可的几种晶体结构中选择有代表性的一种结构,进而从晶体结构稳定性的角度给出原子间的相互成键方式和势函数形式。通过基态物理性质方程,运用第一性原理算得的基态物理性质作为输入数据,用最小二乘方法拟合出势函数参数值。3、根据Zn4Sb3晶体结构的特点,构建了用于分子动力学计算的单胞模型,分别从平衡时晶体结构的稳定性和0K时的弹性常数两方面对势函数进行了验证。其中稳定性通过径向分布函数得到的原子的近邻距离来判断。运用构建的势函数模拟Zn4Sb3单晶块体在0K和300K两种温度下[010]方向和[001]方向时的拉伸力学性能。通过比较发现,两种温度下

Zn4Sb3晶体结构的力学行为的差异主要由原子的热振动引起的。

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