【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子动力学模拟技术，具体是一种基于非平衡分子动力学nemd(nonequilibrium molecular dynamics，简称nemd)计算镁铝尖晶石导热性能的方法。
技术介绍
1、镁铝尖晶石材料熔点高、导热系数低、热膨胀系数小，作为原料被广泛应用于制备多种耐火材料产品中，在水泥、建材、钢铁冶金及玻璃等高温行业有着广泛的应用。
2、镁铝尖晶石理论组成为mgal2o4或mgo-al2o3，其中al2o3的质量分数为7 1.8％，mgo的质量分数为28.2％，al2o3与mgo的质量比为2.55。镁铝尖晶石结构中al-o、mg-o之间存在较强的离子键、且静电键强度基本相等，该结构较为牢固。因此，镁铝尖晶石晶体离子的饱和结构使其制品耐高温性能优异。
3、分子动力学模拟从微观层面研究材料的导热性能，该方法很好地计算镁铝尖晶石的热导率，能更好地研究其应用耐火材料时的传热机理，总结影响材料导热性能的关键因素，对于制备导热率更低的耐火材料具有指导意义，镁铝尖晶石的导热性能虽然有研究人员对其进行实验测量，但因其测量方法和试样不同，所得的结果也有所差异，但用理论计算方法研究其热导率的很少，分子动力学模拟可以从纳米尺度计算其导热性能，大大降低实验测量的成本和时间周期。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于非平衡分子动力学nemd计算镁铝尖晶石导热性能的方法。这种方法能降低试错成本和时间周期、能分析尺寸效应、温度、反位缺陷、晶
2、实现本专利技术目的的技术方案是：
3、一种基于非平衡分子动力学nemd计算镁铝尖晶石导热性能的方法，包括如下步骤：
4、1)建立初始模型：，建立20a*5a*5a的尖晶石型结构，其中，a为晶格常数，镁铝尖晶石模型的晶格常数a设置为8.170734埃米，设置mg、al、o原子的电荷和相对原子质量，尖晶石型结构包含28000个原子、mg、al、o的原子数目比为1：2：4，mg2+填充于八分之一的四面体空隙中形成四配位，al3+填充于二分之一的八面体空隙中形成六配位,o2-按立方紧密堆积排列；
5、2)用非平衡分子动力学nemd进行热导模拟，设置初始参数：采用周期性边界条件，维度为3维，时间步长选取1fs，初始温度设置为300k；
6、3)设置模拟的势函数：采用长程库仑力和buckingham势相结合的势函数，buckingham势是理查德·白金汉(richard buckingham)提出的一个公式，该公式描述两个不直接键合的原子根据原子间距离r的相互作用的泡利不相容原理和范德华力、是多种原子间电势如公式(1)所示：
7、
8、其中，a，ρ和c是常数；
9、4)模型结构优化得到稳定的晶体结构：首先，采用共轭梯度法即cg，conjugategradient进行能量最小化，之后，使模型在npt系综下进行恒温恒压弛豫，恒温恒压弛豫时间为100ps，最后，在nvt系综下进行恒温弛豫，恒温弛豫时间为100ps；
10、5)设置冷源、热源和传热区：将模型沿x轴分层，热源冷源各为10层，两者之间传热区40层，之后，分别采用不同的方式设置热流交换，即采用速度重标法、局部热浴法和动量交换法设置热流交换，具体参数设置为：
11、5-1)速度重标法：采用fix ehex命令或者fix heat命令，设置热交换功率为57.9987ev/ps；
12、5-2)局部热浴法：采用fix langevin命令，设冷源和热源温度分别为200k和400k；
13、5-3)动量交换法：采用fix thermal/conductivity命令，设置每隔1步，冷热源交换2个原子；
14、6)模型在nve系综下进行弛豫：弛豫时间为500ps，统计模型沿x轴的平均温度分布，计算温度梯度dt/dx，在动量交换法和局部热浴法中统计冷源和热源区域的能量变化值，(将能量变化值对时间求导得到热交换率j)计算平均热交换率j；
15、7)数据后处理：将热交换率j除以横截面积a(模型的yoz平面)得到单位时间内通过单位面积的热流dq，之后，根据傅里叶定律、k＝-dq/(dt/dx)，计算体系的热导率k。
16、传统的实验方法实际上是一种试错的方法，即通过不断调整参数来达到较好的预期效果，时间周期和成本较高，本技术方案采用分子动力学理论计算的方法模拟实验流程，大大降低了的试错成本和时间周期，并且可以分析尺寸效应、温度、反位缺陷、晶界等对尖晶石热导率的影响，同时本技术方案采用多种不同的热流设置方法，使模拟计算更可靠、更全面、更具有说服力，将不同方法得到的结果与实验测量对比，大大提高了计算结果的准确性。
17、这种方法能降低试错成本和时间周期、能分析尺寸效应、温度、反位缺陷、晶界因素对尖晶石热导率的影响，同时采用多种不同的热流设置方式，使模拟计算更可靠、更全面、更具有说服力，能将不同方式得到的结果与实验测量对比，能提高计算结果的准确性。
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1.一种基于非平衡分子动力学NEMD计算镁铝尖晶石导热性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于非平衡分子动力学nemd计算镁铝尖...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏儒，梁佳琦，刘佳溪，荆怡帆，杨慧城，周晟民，孙立贤，徐芬，夏永鹏，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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