【摘 要】
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单晶材料具有十分优异的物理化学性质,所以长期以来人们在理论及工艺方面一直进行着不懈的努力以期制备体积更大、结构更完美的单晶材料。由于不同材料形成单晶体的能力有很
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单晶材料具有十分优异的物理化学性质,所以长期以来人们在理论及工艺方面一直进行着不懈的努力以期制备体积更大、结构更完美的单晶材料。由于不同材料形成单晶体的能力有很大差异。所以在材料设计,特别是新材料的预测过程中,不仅需要考虑材料的结构及性能,还应预测其形成晶体的能力。然而,对于结晶能力的描述尚没有切实可行的理论。结合能不能评价结晶能力,因为同一种材料(结合能相同)的不同晶面结晶能力有明显差异。相场模型虽然可以描述宏观的枝晶生长过程,针对具体材料的模拟却很难达到可靠水平,因为其中涉及的动力学参量无法准确给出。本文试图寻找一种简单准确的评价材料形成单晶体能力的理论方法。我们首先引入“凝结势”概念用以描述晶面势场,定义了“残缺度”概念用以定量描述新生长的晶体偏离完美单晶体结构的程度,然后通过大量分子动力学模拟发现残缺度随凝结势的减小而单调递减这一关系,对面心立方结构材料(Ni,Cu,Al,Ar)六角密堆结构材料(Mg)和体心立方材料(Fe)都成立。此外,本文还探讨了凝结势模型与材料熔点的关系,发现凝结势越大的材料,其熔点越高。值得一提的是,虽然在本工作中只采用经验势函数进行探讨,但因为晶体生长的动力学模拟与品面势场的计算都采用相同的势函数,故而所得结论应与经验势本身是否准确没有直接关系。有意义的是,凝结势的计算简单,利用常规从头计算方法即可获得,故本文方法可以快速准确地评价材料形成单晶体的能力。
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