【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新材料点缺陷数值模拟，具体涉及一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法。
技术介绍
1、随着对第四代反应堆要求的不断提高，开发能够满足下一代反应堆服役要求的包壳材料成为核能发展中的关键问题之一，高熵合金(hea)由于具备优于传统合金的综合性能，例如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、耐辐照等，有望成为下一代反应堆包壳的候选材料。
2、研究证实，hea优异的抗辐照性能是由于原子在体系中的缓慢扩散引起的，然而，近期的研究结果证明，在相同温度下，cocrfemn0.5ni的扩散系数要高于常规材料，这与“缓慢扩散”的假设相反。由于hea的宏观性能是点缺陷形成和演化的结果，因此点缺陷的生成是辐照材料中缺陷演化的第一步和基础。但是，点缺陷的微观机理仍不清楚，尤其是空位缺陷。因此，研究哪些关键因素会影响空位缺陷的产生及其对hea中空位缺陷的影响非常重要。
3、迄今为止，大多数研究都集中在辐照下hea宏观性能的演变上，而在点缺陷形成的初始阶段，还缺乏相关的研究，这主要是因为复杂的局部化学环境给实验研究、超胞结构的构建和数值分析带来了很大的困难。尽管在实验中经常使用正电子湮没光谱法研究合金中的点缺陷，但hea中涉及的各种元素类型和复杂的局部环境将导致缺陷形成能量呈现出一定范围，而不是单一值。几乎不可能精确地测量缺陷形成能，因此不能单纯通过正电子湮没光谱法研究hea中的缺陷行为。此外，研究表明，alnbtizr难熔高熵合金(refractory high-entropy alloy,rheas)具备高稳定、抗
技术实现思路
1、基于
技术介绍
中存在的问题，本申请提出了一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，基于密度泛函理论的第一性原理方法，分别删除各个原子位点上的原子，通过计算体系内所有种类空位的形成能，通过从局域环境中的原子种类、原子个数等不同角度分析空位的形成特点及对空位形成的影响因素，从原子分子尺度揭示等摩尔比高熵合金体系中空位的形成机制，为实验上制备和研究该材料提供理论依据。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、提供一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，包括以下步骤：
4、步骤1：利用findit软件查找等摩尔比高熵合金中每个金属单质的结构，得到每个金属单质的晶格参数；
5、步骤2：利用atat软件寻找等摩尔比高熵合金的sqs超胞模型，并将得到的结构文件转换为vasp软件文件格式；
6、步骤3：利用vasp软件对得到的sqs超胞结构进行优化，得到等摩尔比高熵合金的晶格参数；
7、步骤4：构建等摩尔比高熵合金空位模型；
8、步骤5：对等摩尔比高熵合金中的金属单质及含空位的等摩尔比高熵合金晶体模型进行第一性原理计算模拟，计算等摩尔比高熵合金中金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量；
9、步骤6：根据步骤5中计算得到的能量计算所有空位的形成能，并从局域环境中的不同角度分析空位的形成特点及对空位形成的影响因素。
10、其中，步骤3中模拟获得的体系的晶格参数与实验结果进行对比，获得的结果与实验上一致，则确定了获得的等摩尔比高熵合金的sqs超胞模型的准确性。
11、其中，步骤4中构建含空位缺陷的模型有助于揭示空位缺陷的结构特点。
12、其中，步骤5和步骤6所述的计算各类体系的能量及所有种类空位的形成能等结果，并从不同角度分析影响空位形成的因素，用于从微观角度确定等摩尔比高熵合金的sqs超胞中空位的形成机制。
13、本申请通过基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了等摩尔比高熵合金体系中的所有空位的形成能，结合空位局域环境中的原子种类和原子个数，从原子分子水平揭示空位形成特点及其影响因素，能够为实验上制备和研究该材料提供理论依据，对等摩尔比高熵合金的研究有重要的科学意义。
14、进一步的，步骤4中构建等摩尔比高熵合金空位模型的方法为：基于步骤2中得到的稳定等摩尔比高熵合金的sqs超胞模型，通过分别删除超胞中不同位置的原子获得含空位缺陷的超胞结构。
15、进一步的，步骤5中对等摩尔比高熵合金中的金属单质及含空位的等摩尔比高熵合金晶体模型进行第一性原理计算模拟的方法为：优化超胞结构，得到能量最低对应的结构，通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算等摩尔比高熵合金金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量。
16、进一步的，所述基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算等摩尔比高熵合金金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量的具体方法为：
17、基于平面波方法的vasp软件包进行能量计算，计算过程中，利用paw贋势和pbe形式的gga近似描述电子结构和交换关联相互作用。
18、进一步的，步骤2中利用atat软件获得等摩尔比高熵合金的sqs超胞模型的具体方法为：
19、linux系统下，生成一个含lat.in文件的文件夹，lat.in文件中包含晶格常数、基矢、原子位置三部分，并将lat.in文件中的金属单质成分改成25％进行提交，将最后获得的结构文件转换为vasp软件文件格式。
20、进一步的，步骤6中计算所有空位的形成能的公式为：
21、
22、其中，是空位形成能；
23、evac和eperfect分别是含空位和完美晶胞体系的能量；
24、μi是缺陷i(i代表等摩尔比高熵合金中的金属原子)原子的化学势。
25、进一步的，步骤6中，基于得到的形成能，并从局域环境中的不同角度分析空位的形成特点及对空位形成的影响因素的具体方法为：
26、构建不同种类空位形成能的分布图；
27、构建空位形成能空位第一最近邻不同元素原子个数的变化趋势图；
28、构建不同种类空位形成能随空位第一最近邻不同元素原子个数的变化趋势图。
29、进一步的，所述不同角度包括原子种类、原子个数。
30、进一步的，所述等摩尔比高熵合金包括alnbtizr合金。
31、除了例举的alnbtizr合金可以应用上述方法外，其他的等摩尔比高熵合金也适用。
32、进一步的，在计算alnbtizr合金的金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量时，金属单质中，平面波截断能为450ev，k点为3×3×3，电子收敛精度为1e-4，离子精度为5e-2，得到al、nb、ti和zr金属单质稳定结构的能量；
33、含空位的alnbtizr高熵合金晶胞中，平面波截断能为350ev，k点为2×2×2，电子收敛精度为1e-4，离子精度为5e-2，得到所有含空位的alnbtizr高熵合金晶胞体系的能量。
34、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
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【技术保护点】
1.一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤4中构建等摩尔比高熵合金空位模型的方法为：基于步骤2中得到的稳定等摩尔比高熵合金的SQS超胞模型，通过分别删除超胞中不同位置的原子获得含空位缺陷的超胞结构。
3.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤5中对等摩尔比高熵合金中的金属单质及含空位的等摩尔比高熵合金晶体模型进行第一性原理计算模拟的方法为：优化超胞结构，得到能量最低对应的结构，通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算等摩尔比高熵合金金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量。
4.根据权利要求3所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，所述基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算等摩尔比高熵合金金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其
6.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤6中计算所有空位的形成能的公式为：
7.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤6中，基于得到的形成能，并从局域环境中的不同角度分析空位的形成特点及对空位形成的影响因素的具体方法为：
8.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，所述不同角度包括原子种类、原子个数。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，所述等摩尔比高熵合金包括AlNbTiZr合金。
10.根据权利要求9所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，在计算AlNbTiZr合金的金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量时，金属单质中，平面波截断能为450eV，k点为3×3×3，电子收敛精度为1E-4，离子精度为5E-2，得到Al、Nb、Ti和Zr金属单质稳定结构的能量；
...【技术特征摘要】
1.一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤4中构建等摩尔比高熵合金空位模型的方法为：基于步骤2中得到的稳定等摩尔比高熵合金的sqs超胞模型，通过分别删除超胞中不同位置的原子获得含空位缺陷的超胞结构。
3.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤5中对等摩尔比高熵合金中的金属单质及含空位的等摩尔比高熵合金晶体模型进行第一性原理计算模拟的方法为：优化超胞结构，得到能量最低对应的结构，通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算等摩尔比高熵合金金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量。
4.根据权利要求3所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，所述基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算等摩尔比高熵合金金属单质及所有含空位的等摩尔比高熵合金晶胞的能量的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的一种等摩尔比高熵合金空位性质的数值模拟研究方法，其特征在于，步骤2中利用at...
【专利技术属性】
技术研发人员：王青青，孔祥刚，吴璐，伍晓勇，潘荣剑，覃检涛，信天缘，滕常青，邓志勇，张伟，王桢，方忠强，莫华均，毛建军，赵鑫，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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