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第一性原理拉伸，怎么出现两处断裂？
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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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2楼2013-04-25 23:53:56
3楼2013-04-26 07:59:40
4楼2013-04-26 09:09:47
5楼2013-04-26 13:28:42
6楼2013-04-26 15:41:43
7楼2013-04-26 16:45:04
8楼2013-04-27 00:26:10
9楼2013-04-27 14:30:20
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
franch: 金币+2, 谢谢回帖交流，， 2013-05-13 21:27:39
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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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1.在一开始建模的时候，我也认真的考虑了该不该加真空层，看了一些文献，有加也有不加的。我一开始是计算表面吸附的，那时候所有的计算都加了12Å的真空层，晶界是刚开始模拟的，基本还什么都不懂，主要就是参照Shengjun Zhang这个人的文献做的，文献出处：PHYSICAL REVIEW B 84 , 134104 (2011) First-principles determination of the effect of boron on aluminum grain boundary cohesion。他在文中提到加4.5 a.u.的真空层，a.u.如果是原子单位的话，真空层的厚度基本上就是2.4Å，而我老师说真空层基本上都在10Å以上，我也不知道是怎么回事。 2.应变为60%确实太大了，只是我用这种错误的方法计算的40%的时候，晶界还没有完全断裂，我就想增大应变，看看晶界什么时候会断裂。但是我模拟的晶界断裂为什么不是发生在晶界处，而是在晶界附近对称的位置呢？ |
11楼2013-04-28 13:24:59
★ ★ ★
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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流，， 2013-05-13 21:27:50
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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
送红花一朵 |
1.我参考的文献中提到：For the GB system, a 25-layer slab model was adopted to simulate the clean Al ∑ 5 （012）[100] GB, which proved to be sufficiently large using a series of total-energy convergence tests discussed later. The GB system is composed of two identical grains, each containing 13 layers with one layer on the GB plane being shared between the two grains. A vacuum region with a 4.5 a.u. thickness is added on both sides. 应该就是加真空层的意思吧？ 2.下图1、2、3分别为无应变，应变为40%、60%的电荷密度，这三幅图都是在VASTA中做的，三幅图的长度都一样，但是宽度越来越小，不知道如何调节才能使宽度一致。你应该也画过类似的图吧，用什么软件画出的电荷密度图的效果会好些呢？还请不吝赐教。  无应变.gif  应变为40%.gif  应变为60%.gif |
13楼2013-04-28 16:37:04
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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
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lijuanshu: 金币+1 2013-06-26 20:38:44
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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
送红花一朵 |
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%的中间层的电荷密度图，对于如何分析电荷密度图还不是很了解，我认为拉伸到应变为23%时，晶界处应该断裂了，因为各层的晶界处都没有键相连，但是我在23%的基础上再增加应变，发现能量还是不断的增加。我理解的是，如果晶界真的发生断裂，那么在此基础上不管如何增加应变，能量都应该保持不变才对啊，但是我的结果又不对了，还希望您能给些建议。  图1.jpg  图2.jpg  图3.jpg  图4.jpg |
15楼2013-05-09 19:39:17
16楼2013-05-09 22:17:28
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franch: 金币+2, 谢谢回帖交流，， 2013-05-13 21:28:09
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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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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
19楼2013-05-10 09:03:00
20楼2013-05-10 09:11:52
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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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