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lijuanshu

铜虫 (正式写手)


[交流] 第一性原理拉伸,怎么出现两处断裂?

我研究元素偏聚在二元合金晶界处对该体系的影响,用第一性原理拉伸试验对含有晶界的体系进行拉伸,图1是不加应变的电荷密度,图2是应变为60%的电荷密度,从图二中可以明显的看出有两处断裂,并且晶界处并没有发生断裂,断裂是发生在晶界的附近,我的结果与文献上的差别很大,还希望与了解这方面的虫友们探讨下,共同解决问题,

图1CHGCAR.gif



图2CHGCAR.gif
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acridine

木虫 (正式写手)


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lijuanshu: 金币+1 2013-04-27 14:17:12
franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:27:32
模型有两个问题:
1. 初试结构不应该有真空层. 否则加应变只会使真空层不断被拉伸得越来越厚,材料本身不会受到影响。而你这里之所以材料本身发生变化,是因为你突然加了一个比较大的应变,这就是模型的第二个问题
2.应变要慢慢的加,这样才能看出到底是哪个位置的键先断裂,而你直接加大应变,只会导致结构乱掉,这是不合理的。
8楼2013-04-27 00:26:10
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acridine

木虫 (正式写手)


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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:27:39
引用回帖:
9楼: Originally posted by lijuanshu at 2013-04-27 14:30:20
非常感谢你的回复。
1.如果初始结构不加真空层的话,由于slab模型时周期性的,那个他们之间就会有相互作用啊,我一开始就比较纠结到底加不加真空层,现在更加纠结了。
2.我计算了很多有关拉伸的性质,应变从1%到 ...

1 肯定是不加真空的。不加真空时,由于周期性,你建立的超胞中是有两个晶界的(在你加真空的那个地方又出现了一个晶界)。事实上这么建模不仅是拉伸得需要,也模拟晶界的一般方法,我估计你可能刚接触界面的模拟,所以不太熟。而加真空是不合适的,引入了表面必然会影响体系的性质。
2. 我就是这个意思,应变是要逐渐加的。你通过改变z轴来作为初始结构,这在小应变下是完全可以的,但在大应变下这个初始模型就不合理的。我举个极端的例子吧,你把一根钢丝和一根橡皮筋串联绑在一起,拉伸,那么结果必然是橡皮筋先断裂。逐渐加应变就能模拟出这一过程。如果你直接加60%应变,就好比初始条件就是让钢丝和橡皮筋都被拉长了60%,那么得到的结果会是:橡皮筋没事,钢丝断了。这就足以说明初始结构无意义,会导致十分荒谬的计算结果。
另外60% 这个应变似乎太大了吧,你看看文献的应变范围取到多少
10楼2013-04-27 21:44:23
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acridine

木虫 (正式写手)


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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:27:50
1.我没看你提到的文章,所以不能妄加评论,不过一定要看清楚它模拟的是什么。如果像你说的那样,只有2.5埃,应该只有1、2个铝原子层的间距吧,你确定是用来起真空层的作用吗? 或者那他们模拟的是两个面聚合的过程?
2.正如我说的,你的初始结构不合理,所以结果不一定是可靠的。我们知道,一般情况应力应变会集中到界面。而你的模型是把整个晶体均匀加应变。应变小的时候,优化后bulk部分的结构应该会基本回复原状,而结构改变主要出现在界面,也就是应力集中在界面。之后你一点点的增加应力,每次都会发生类似的现象:bulk基本不变,界面变形越来越大。最后,材料由于晶面附近变型过大而断裂。这是正确的方法。而如果你上来就对整体加大应变,可能bulk区的键直接就断裂了,而界面附近由于成键复杂,说不定一些原本被压缩的键在此种初始结构下反而比bulk中的键稳定,并未断裂,这样一来你优化结果断裂不发生在界面也就不奇怪了。
至于应变这么大才断裂。我猜和你的结构有真空有关。你看看40%应变的优化结果,是不是真空层变厚了很多,而材料的厚度的增加并有达到40%

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12楼2013-04-28 15:47:07
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acridine

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lijuanshu: 金币+1 2013-05-09 16:02:32
franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:28:02
lijuanshu: 金币+1 2013-06-26 20:38:44
1.从你引用的句子看 文章中的模型应该是没问题的,他的slab厚度够,而且他也做了收敛测试,足以证明模型的准确性.至于真空层,你之前做的表面,自然真空层要比较厚,以使得表面与镜像的距离足够远。而这里研究的是界面,即使表面受到影响,也不会影响到13个slab之外的界面的性质。我个人认为他这里不加真空层也可以的,我猜他可能是在界面掺杂Al原子后,slab厚度会改变,用真空层来起到释放slab应变的作用。你的情况应该不同吧,首先拉伸的时候有真空是不合理的,另外既然你用的是平面波法,加真空会无故引入额外的计算量,那又是何必呢?
2.我没使用过 VASP,所以对你说的软件不了解。不过实际上你的图应该是宽度相等,长度不同(是长度方向拉伸吧?)这个可能是画图时候设置的问题,也可能是数据点设置的问题。一般软件提供的工具都是方便我们查看结果,画图效果并不好。真正写作的时候都要把数据导出,再用专门的绘图软件画图
另外你的分析的角度也不太对。一般是研究断裂开始的状态,并不是等到完全断裂。你看你40%的结果,已经明显发生断键了,就没有必要再拉伸了。而且目测断裂的开端的应该就是界面原子。
不过我最终的建议还是  你把模型以及拉伸过程想清楚设置明确之后再分析结果。对于你自己不确定是否可靠的结果,你分析得再清楚也是没有意义的

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14楼2013-04-29 08:58:01
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acridine

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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:28:09
引用回帖:
16楼: Originally posted by lijuanshu at 2013-05-09 22:17:28
我不加真空层计算了下,一共取了20层原子,但是在拉伸的时候,应变基本上是均匀分布在这20层原子上的,随着应变的增加,各层的原子间距也在增加,我看文献上在拉伸的时候,只有晶界处的距离在增大,晶界附近原子的 ...

是不是因为你的结构中slab不够厚呢。你看你的图中,如果沿着(100)晶向(我不确定你这里是不是100,看上去挺像),其实每个slab只有三层原子,如果排除受晶界影响的最外层,那就只剩下最中心一层了。也就是说,只有很少的原子保持着bulk中的成键状态,因此在外加应变作用下,所有原子的键合都发生了改变 也属于正常吧。另外你也可以看看优化结果,看原子受力是否都是接近0的。如果不是,则有可能是优化不彻底。你初始的结构是所有原子都发生应变的,如果优化不彻底,会导致各个位置都有残余应变。
17楼2013-05-10 00:20:25
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acridine

木虫 (正式写手)


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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:28:18
引用回帖:
15楼: Originally posted by lijuanshu at 2013-05-09 19:39:17
我又重新计算了下,这次没有加真空层,拉伸也是逐渐进行的,对于不加杂志元素的纯晶界,我所建立的模型一共有三层,下图1,2,分别为无应变,应变为23%的第一层的电荷密度图,下图3,4分别为无应变,应变为23%的中间层 ...

不知道你是怎么判断出 “都没有键相连”的,从电荷图上看应该还有键在。不过就算真的成键都断了,slab之间也还会有比如偶极静电相互作用,甚至范德华相互作用。而只要有相互作用,你通过增加应变而改变slab之间的距离,就会导致体系能量的改变,因此你想通过“能量都应该保持不变”来判断是否发生断裂,是不合适的。通过能量确实能判断断裂的发生,不过需要画出能量-应变 曲线,一般在发生断键的时候,曲线形状会发生突变。一个更明显的判据是应力-应变曲线,一般在断键之前应力会随着应变增加而增加。发生断键时应力会突然降低。
最后我还是要强调,你要找的是断裂开始的点,而非完全断裂的点。因为这种静态的拉伸模拟只有在发生断裂之前的才是有意义的。在断裂开始之后,一些其它的因素,比如原子或缺陷的热力学运动,主导着体系的进一步演变,这并非静态拉伸所能描述的。此时若继续盲目的单纯拉伸,就显得脱离世界且也没有意义了吧。
18楼2013-05-10 00:57:33
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acridine

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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流,, 2013-05-13 21:28:26
关于层厚,其实准确的做法应该是做收敛测试,就像你之前提到的那片文献中说的那样。你应该不断增加slab厚度,进行同样计算,直到最后确定再增加厚度也不会影响你的计算了,就表明厚度够了。不过你现在是在探索阶段,没必要做这么大量的繁复分析计算。不妨参考文献中类似体系,看他们采用的厚度是多少,你用类似的厚度进行探索试验应该就可以了。
关于电荷密度的分析,还是多看看文献吧,感觉你的文献量还不够,我虽然不是专门做拉伸的,只看过不多的文章,不过里面就不乏用电荷密度判断键合的。你专门研究这个,阅读的文献理应远远超过我所涉猎的。
关于应力,你的计算软件肯定有计算应力的功能,你仔细看看手册吧
关于断裂开始之后的模拟,还是建议你多看文献,这部分很复杂,影响因素很多,一定要确定你的拉伸能否模拟这个过程。其实这种 应变+几何优化 的方法并不是十分精密的,有很多细节需要注意。比如一些严谨的文章,在应变要达到断裂起点的时候,在每次几何优化之后都要附加一个振动计算,看有没有虚频,以判断优化后的结果是否是稳定的,这样才能精密找到断裂开始的地方。可想而知,断裂开始之后,影响因素更复杂,并不认为这种简单的 应变+几何优化 就能描述复杂真实的过程。

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21楼2013-05-11 11:31:50
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