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计算扭转

晶界能

目录

引言

模型与方法

结果分析

结论

多数晶体物质由许多晶粒所组成，属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界；依据相邻晶粒之间的位相差θ的大小，可将晶界分为大角度晶界（θ10°）和小角度晶界（θ10°）

小角度晶界可分为倾斜晶界、扭转晶界、重合晶界等。

扭转晶界可看成两部分晶体绕某一轴在一个共同晶面上相对扭转一个θ角所构成的，扭转轴垂直于这一共同的晶面

由于晶界上原子排列是不规则的，有畸变，从而使系统自由能增高，晶界能定义为形成单位面积晶界时，系统自由能的变化，它等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量

晶界能作为晶界的重要特性之一,影响着材料再结晶和晶粒长大等过程中的组织演变,进而影响材料的力学及物理性能

因此,有关晶界能的定量表征及其与晶界参数相关性的研究一直是材料科学领域的重要课题。

通过实验定量测定晶界能时,所得结果受到材料纯度和晶界参数精度等严重影响，而用分子动力学方法计算晶界能为从原子尺度探究晶界能提供了一种有效手段

本文取铜晶体中（001）（111）两种不同的界面，借助LAMMPS构造并计算纯扭转晶界能γ随位向角θ的变化

5

1、建立16x16x24的box

2、删除六个边界上的原子层，产生8x8x16的晶粒

3、优化，输出此时能量E0

模型与方法

(001)界面模型的建立

6

4、定义上下两层原子

上8.5INF

下INF8.5

5、定义旋转轴，上下两层原子绕轴扭转

模型与方法

(001)界面模型的建立

7

6、固定扭转后远离界面层的原子

7、优化，并输出此时体系的能量E1

模型与方法

(001)界面模型的建立

对于(111)面的模型，情况稍微复杂，但大体与(001)相似在得到体系扭转前后的能量值后，用以下公式计算扭转晶界能

γ=(E1-E0)/A

001面

111面

9

结果与分析

不同界面下扭转晶界能与位向角的对应数据

位向°

界面

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

(001)

0.232243

0.256538

0.297477

0.355634

0.43139

0.58099

0.643737

0.669755

0.67909

(111)

0.18633

0.199721

0.228417

0.266678

0.314504

0.429286

0.441721

0.449373

0.463721

0.477112

以上初始数据作图

修正后

与参考文献相比较

2024-12-20

结论

我们分别构建了(001)、(111)作为扭转界面的模型，并且计算了0~10°范围内的扭转晶界能。根据所采用的方法，对结果进行了修正，最后发现：

不论是(111)还是(001)扭转晶界能都随扭转角度的增大而增大

(111)、(001)的计算结果在低角度处与实验值接近，在接近10°时偏高于实验值

在相同的扭转角度下(001)的界面能高于(111)的界面能

由于时间有限，我们无法展开更加精确和详细的研究。然而本文还有许多可以改进的地方，比如采用更好的模型与势函数，考察其他扭转面的晶界能，大角度的扭转晶界能等