【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电数字数据处理的，特别涉及一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法。
技术介绍
1、钕铁硼永磁材料以其卓越的磁性能而著称，被公认为全球磁性能最出色的永磁材料之一，出色的能量密度、卓越的磁性能和卓越的机械性能，使得钕铁硼永磁材料被广泛用于电子、汽车、机械等各个领域。
2、钕铁硼也存在一定的缺陷，包括耐腐蚀性能差、工作温度低等，克服这些问题的一种方法是通过改变工艺条件和/或掺杂合金元素，如dy、tb等对钕铁硼进行改性。然而，重稀土的自然资源储量有限，而且价格较轻稀土更昂贵，这导致了钕铁硼材料的制造成本增加。因此，发展不含重稀土或者少含重稀土的高矫顽力烧结钕铁硼磁体已经成为了当今研究的主要方向。
3、虽然方向明确，但由于实验条件的苛刻及不确定性，发展不含重稀土或少含重稀土的钕铁硼磁体是一个复杂而漫长的过程。
技术实现思路
1、本专利技术解决了现有技术中存在的问题，提供了一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，基于理论计算，仿真设计新材料并通过计算预测其稳定性、电子性质等，缩短实验试错周期。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，所述方法获取钕铁硼的基本信息，以软件对钕铁硼进行不同稀有金属掺杂模拟，基于模拟得到的改进钕铁硼结构计算稳定性并获得磁化率预计；基于所述计算结果调整模拟量并获得对应的表征。
3、优选地，所述方法包括以下步骤：
4、步骤1：获取钕铁硼晶体结构文件；一般来说
5、步骤2：基于所述钕铁硼结构文件，利用vesta软件对所获取的钕铁硼结构进行初步构建，得到稳定的不同组分下稀土金属掺杂的改进钕铁硼结构；完成后，借助vesta软件将结构数据文件类型转为.vasp文件格式；
6、步骤3：采用vasp软件，以共轭梯度算法或拟牛顿算法对步骤2构建的改进钕铁硼结构材料进行结构弛豫，得到稳定的基态结构；准确来说，此处应当进行充分的结构弛豫，得到的是相对稳定的基态结构；
7、步骤4：收敛后，使用优化后的结构数据进行静态自洽计算，获得改进钕铁硼结构材料的磁矩及能量表征；
8、步骤5：通过形成能和态密度的计算，计算改进钕铁硼结构材料的稳定性及电子性质。
9、优选地，步骤1中，所述钕铁硼晶体为稳定的基态晶体结构。
10、优选地，步骤2中，稀土金属为铈和镨。
11、优选地，钕铁硼晶胞nd2fe14b中，钕原子有2个晶体学位置4f和4g，将不同组分的铈和镨分别在4f位和4g位替换钕原子，得到不同组分的钕铈铁硼(ndxce1-x)2fe14b和钕镨铁硼(ndxpr1-x)2fe14b，其中，0＜x＜1。
12、本专利技术中，钕铁硼晶胞nd2fe14b共有68个原子，其中有8个钕原子、56个铁原子、4个硼原子，而钕原子有2个晶体学位置4f和4g，fe有6个晶体学位置，包括4c、4e、8j1、8j2、16k1、16k2，b原子则仅有一个不等价晶体学位置4f；将不同组分的铈和镨分别在4f位和4g位替换钕原子，可以得到不同组分的钕铈铁硼(ndxce1-x)2fe14b和钕镨铁硼(ndxpr1-x)2fe14b。
13、优选地，步骤4中，能量表征包括形成能和置换能；化合物的形成能是该化合物的总能量与各纯组元间的总能量差，置换能则是掺杂化合物与未掺杂化合物间形成能的差；以能量表征判断改进钕铁硼结构材料的稳定性。
14、优选地，定义钕铈铁硼(ndxce1-x)2fe14b和钕镨铁硼(ndxpr1-x)2fe14b为r2fe14b，形成能eformat表示为，
15、
16、其中，为r2fe14b的总能量，er为稀土元素r单质中单个原子的总能量，etm为过渡族金属fe单质中单个原子的总能量，eb为b单质中单个原子的总能量。
17、优选地，eformat为负值时，改进钕铁硼结构材料为稳定。
18、优选地，置换能esub/unit表示为，
19、
20、其中，为nd2fe14b的形成能，为改进钕铁硼结构材料的形成能。
21、优选地，步骤5中，利用绘图软件绘制电荷密度图、态密度图，以能带分布判断材料磁性，即电子性质。
22、本专利技术涉及一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，所述方法获取钕铁硼的基本信息，以软件对汝铁硼进行不同稀有金属掺杂模拟，基于模拟得到的改进钕铁硼结构计算稳定性并获得磁化率预计；基于所述计算结果调整模拟量并获得对应的表征。
23、本专利技术的有益效果在于，从微观尺度将理论计算与实验相结合，通过构建模型，采用理论模拟的方法能够深入原子量级对复杂体系进行研究，以钕铁硼为结构原型，构建钕铈铁硼和钕镨铁硼的结构，并通过计算预测其稳定性，同时通过态密度和磁矩预测其磁化率；采用理论模拟的方法不但操作简单、成本低、准确性高且重复性好，为后续的实验研究提供有价值的理论研究支持。
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1.一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：所述方法获取钕铁硼的基本信息，以软件对钕铁硼进行不同稀有金属掺杂模拟，基于模拟得到的改进钕铁硼结构计算稳定性并获得磁化率预计；基于所述计算结果调整模拟量并获得对应的表征。
2.根据权利要求1所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：步骤1中，所述钕铁硼晶体为稳定的基态晶体结构。
4.根据权利要求2所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：步骤2中，稀土金属为铈和镨。
5.根据权利要求3所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：钕铁硼晶胞Nd2Fe14B中，钕原子有2个晶体学位置4f和4g，将不同组分的铈和镨分别在4f位和4g位替换钕原子，得到不同组分的钕铈铁硼(NdxCe1-x)2Fe14B和钕镨铁硼(NdxPr1-x)2Fe14B，其中，0＜x＜1。
6.根据权利要求5所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表
7.根据权利要求6所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：定义钕铈铁硼(NdxCe1-x)2Fe14B和钕镨铁硼(NdxPr1-x)2Fe14B为R2Fe14B，形成能Eformax表示为，
8.根据权利要求7所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：Eformax为负值时，改进钕铁硼结构材料为稳定。
9.根据权利要求6所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：置换能Esub/unit表示为，
10.根据权利要求2所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：步骤5中，利用绘图软件绘制电荷密度图、态密度图，以能带分布判断材料磁性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：所述方法获取钕铁硼的基本信息，以软件对钕铁硼进行不同稀有金属掺杂模拟，基于模拟得到的改进钕铁硼结构计算稳定性并获得磁化率预计；基于所述计算结果调整模拟量并获得对应的表征。
2.根据权利要求1所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：步骤1中，所述钕铁硼晶体为稳定的基态晶体结构。
4.根据权利要求2所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：步骤2中，稀土金属为铈和镨。
5.根据权利要求3所述的一种基于第一性原理的钕铁硼设计和表征方法，其特征在于：钕铁硼晶胞nd2fe14b中，钕原子有2个晶体学位置4f和4g，将不同组分的铈和镨分别在4f位和4g位替换钕原子，得到不同组分的钕铈铁硼(ndxce1-x)2fe...
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