一种基于势能面扫描的铝电解熔盐体系力场拟合方法技术

本发明专利技术公开了一种基于势能面扫描的铝电解熔盐体系力场拟合方法，通过势能面扫描结合非线性拟合方法得到适用于铝电解熔盐体系分子动力学模拟的势参数。计算熔盐体系中任意两离子间的势能面；计算熔盐中离子的电荷和静电相互作用势能；对离子间的静电相互作用势能进行分解，得到Buckingham势能；采用非线性拟合方法拟合Buckingham势函数，得到适用于熔盐体系分子动力学模拟的势参数；根据所构建的势参数对熔盐体系进行分子动力学模拟，计算熔盐体系的离子结构和输运性质。基于本发明专利技术构建了适用于熔盐体系分子动力学模拟的势参数，克服了势参数匮乏的缺陷，为研究熔盐体系的离子结构和输运性质提供了技术支持。

A method of force field fitting for molten salt system of aluminum electrolysis based on potential energy surface scanning

The invention discloses a force field fitting method of aluminum electrolytic molten salt system based on potential energy surface scanning, through which potential parameters suitable for molecular dynamics simulation of aluminum electrolytic molten salt system are obtained. Calculate the potential energy surface between any two ions in molten salt system; calculate the potential energy of ion charge and electrostatic interaction in molten salt; decompose the potential energy of electrostatic interaction between ions to get Buckingham potential energy; use nonlinear fitting method to fit Buckingham potential function to get the potential parameters suitable for molecular dynamics simulation of molten salt system; and use the potential parameters to build molten salt system Molecular dynamics simulation was carried out to calculate the ion structure and transport properties of the molten salt system. Based on the invention, a potential parameter suitable for molecular dynamics simulation of molten salt system is constructed, which overcomes the defect of lacking potential parameter and provides technical support for the research of ion structure and transport properties of molten salt system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于势能面扫描的铝电解熔盐体系力场拟合方法
本专利技术属于铝电解
，具体涉及一种基于势能面扫描的铝电解熔盐体系力场拟合方法。
技术介绍
铝电解熔盐体系的结构和性质是影响电解过程的重要因素，但是由于熔盐体系的高温和强腐蚀特性，开展熔盐实验研究的难度较高。目前仅有的实验研究主要集中在一些基本的物理化学性质上，比如熔体的密度、熔点、表面张力等，对熔体的离子结构和输运性质的研究较少。近年来，随着量子化学理论的飞速发展，计算化学逐渐成为研究物质物理化学性质的一种较好的方法。以分子动力学模拟为代表的计算方法已经广泛的应用到熔盐的离子结构和输运性质的研究中，并取得了不错的成效。对于熔盐体系的分子动力学模拟过程来说，最重要的就是势函数(力场)以及相关势参数的选择问题，Buckingham势函数作为一种二体势已经成功的运用于铝电解熔盐体系，但是相关的势参数匮乏，这成为研究的一大阻碍。目前，急需开发一种简单有效的适合于不同的铝电解熔盐体系分子动力学模拟的势参数构建方法，为铝电解生产提供有效指导。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种基于势能面扫描的铝电解熔盐体系力场拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：计算熔盐体系中任意两离子间的势能面；/n步骤2：计算熔盐中离子的电荷和静电相互作用势能；/n步骤3：对离子间的静电相互作用势能进行分解，得到Buckingham势能；/n步骤4：采用非线性拟合方法拟合Buckingham势函数，得到适用于熔盐体系分子动力学模拟的势参数；/n步骤5：根据所构建的势参数对熔盐体系进行分子动力学模拟，计算熔盐体系的离子结构和输运性质。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于势能面扫描的铝电解熔盐体系力场拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：计算熔盐体系中任意两离子间的势能面；
步骤2：计算熔盐中离子的电荷和静电相互作用势能；
步骤3：对离子间的静电相互作用势能进行分解，得到Buckingham势能；
步骤4：采用非线性拟合方法拟合Buckingham势函数，得到适用于熔盐体系分子动力学模拟的势参数；
步骤5：根据所构建的势参数对熔盐体系进行分子动力学模拟，计算熔盐体系的离子结构和输运性质。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中离子的静电相互作用势能根据如下公式计算：



式中，Vchareg(rij)表示离子间相距r时的静电相互作用势，qi和qj分别表示i和j离子所带电荷，rij表示离子间距离，ε0表示真空介电常数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3中的势能分解过程根据如下公式计算：
VBuckingham(rij)＝V(rij)-Vcharge(rij)
式中:V(rij)表示熔盐中i和j离子相距r时的势能。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤3中的Buckingham势能根据如下公式计算：

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【专利技术属性】
技术研发人员：张红亮，国辉，李劼，李天爽，王景坤，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43