材料计算与设计结业论文.docx

第一性原理方法研究PdSn材料终端总能及占位分析并对比2摘要：综合运用所学材料科学与工程知识，通过vasp软件对二元合金进行结构优 化，求出基态下的平衡晶胞参数，如晶格常数，晶轴间夹角，材料的能态密度等等， 并与参考文献进行对比1 PdSn2(Ce )结构参数The PdSn2 (Ce) StructurePrimitive Vectors:A1 = a XA2 = % b Y - % c ZA3 = % b Y + % c ZBasis Vectors:B1 = - z1 A2 + z1 A3 = + z1 c Z (Pd-I) (4a)B2 = + % A2 + (% - z1) A2 + (% + z1) A3 = + % a X + % b Y + z1 c Z (Pd-I) (4a)B3 = - z2 A2 + z2 A3 = + z2 c Z (Pd-II) (4a)B4 = + % A2 + (% - z2) A2 + (% + z2) A3 = + % a X + % b Y + z2 c Z (Pd-II) (4a)B5 = + x3 A1 + (y3 - z3) A2 + (y3 + z3) A3 = + x3 a X + y3 b Y + z3 c Z (Sn-I) (8b)B6 = - x3 A1 - (y3 + z3) A2 - (y3 - z3) A3 = - x3 a X - y3 b Y + z3 c Z (Sn-I) (8b)B7 = + (x3 - %) A1 + (% - y3 - z3) A + (% - y3 + z3) = + (x3 - %) a X + (y3 + %) b Y + z3 (Sn-I) (8b)A3 c ZB8 = + (% - x3) A1 + (y3 - z3 - %) A2 + (y3 + z3 + = + (% - Xj) a X + (y3 - %) b Y + z3 c (Sn-I) (8b)%) A3 ZB9 = + x4 A1 + (y4 - z4) A2 + (y4 + z4) A3 = + x4 a X + y4 b Y + z4 c Z (Sn-II) (8b)B10 = - X4 A1 - ©4 + Zj A2 - ©4 - zj A3 = - X4 a X -庆 b Y + Z4 c Z (Sn-II) (8b)B11 = + (x4 - %) A1 + (% - y4 - z4) A2 + (% - y4 + z4) = + (x4 - %) a X + (y4 + %) b Y + z4 (Sn-II) (8b)A3 c ZB12 = + (% - x4) A1 + (y4 - z4 - %) A2 + (y4 + z4 + = + (% - x4) a X + (y4 - %) b Y + z4 c (Sn-ll) (8b)%) A3 Z2 第一性原理计算方法第一性原理就是从头计算，不需要任何参数，只需要一些基本的物理常量，就 可以得到体系基态的基本性质的原理。

第一性原理通常是跟计算联系在一起的，是 指在进行计算的时候除了告诉程序你所使用的原子和他们的位置外，没有其他的实 验的，经验的或者半经验的参量，且具有很好的移植性从头算(ab initio)是狭 义的第一性原理计算，它是指不使用经验参数，只用电子质量，光速，质子中子质 量等少数实验数据去做量子计算第一性原理方法(First-principle calculations) 或者叫从头算起法(ab initio)仅需采用五个基本物理常数(普朗克常数h、电荷e、 光速c、电子质量mO、波尔兹曼常数k)，原子序数，而不依赖任何经验参数即可合B 理预测微观体系的状态和性质，比如总能、晶体结构和电子结构等，进而计算构型 能、生成热和相变热等热力学性质本实验的计算都是通过计算材料学软件VASP运算完成，它使用贋势和平面波基 组，进行从头量子力学分子动力学计算，基于有限温度下的局域密度近似(用自由能 作为变量)以及对每一 MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混合求解瞬时电子 基态使用PAW方法或超软贋势，因此基组尺寸非常小，描述体材料一般需要每原子 不超过100个平面波，大多数情况下甚至每原子50个平面波就能得到可靠结果。

它 采用周期性边界条件处理原子、分子、团簇、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及 表面体系和固体，可以计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构 型以及材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF)等3 第一性原理计算步骤A、进入系统，将模版文件夹解压到桌面建立自己的文件目录，将模板中文件夹内容 拷到自己的文件夹，将化合物修改成MnP,然后进入-R31,在相应的势函数库中 寻找元素的POTCAR，将计算文件夹-R31中的POTCAR中内容换成自己的化合物元 素的POTCAR内容之和按下面的步骤进行计算B、 先打开**-r31文件夹，点击右键，打开“终端”运行界面，输入vasp>r31 & , 然后回车，计算开始执行进行晶胞参数优化)C、 3-5分钟后敲击回车键，等待运行完毕，出现“ ** done “将R32或r31文 件夹中除INCAR外的所有文件拷贝到”*-rf “文件夹中，右键点击出现”终端“， 然后输入” cp CONTCAR POSCAR，回车，输入“y”确认即将CONTCAR中内 容拷贝到POSCAR中，使得本次计算的初始晶胞参数是在前一次r31或R32计算 结果的基础上进行。

)然后输入“ vasp>rf&,等待完成D、 将*-rf文件夹中所有内容(除 INCAR )拷贝到*-DOS文件夹，终端运行 vasp>LOG-DOS&,E、将*-rf文件夹中所有内容（除INCAR, KPOINTS）拷贝到*-BAND文件夹，终端 运行 vasp>LOG-BAND&4. 计算结果与讨论Primitive vectorsa(1) =6.478000000.00000000 0.00000000a(2) = 0.00000000a(3) = 0.000000003.23900000 -6.077500003.23900000 6.07750000Volume = 255.03915151Basis Vectors:Cartesian CoordinatesAtom Lattice CoordinatesSn -0.15800000 0.21700000 0.46700000-1.02352400 2.21547600 1.51937500Sn 0.15800000 -0.46700000 -0.217000001.02352400 -2.21547600 1.51937500Sn 0.25000000 0.37500000 0.125000001.61950000 1.61950000 -1.51937500Sn -0.25000000 -0.12500000 -0.37500000-1.61950000 -1.61950000 -1.51937500Sn -0.25000000 0.37500000 0.12500000-1.61950000 1.61950000 -1.51937500Sn 0.25000000 -0.12500000 -0.375000001.61950000 -1.61950000 -1.51937500Pd0.00000000 -0.010000000.010000000.000000000.000000000.12155000Pd0.500000000.490000000.510000003.239000003.239000000.12155000Pd0.00000000 -0.238000000.238000000.000000000.000000002.89289000Pd0.500000000.262000000.738000003.239000003.239000002.89289000Sn0.342000000.033000000.283000002.215476001.023524001.51937500Sn -0.34200000 -0.28300000 -0.03300000-2.21547600 -1.02352400 1.519375005. The total energies of the stable elements and the end-member compounds of the O phase based on Ti2AlNb with the sublattice model described in Formula (1) intext, eV/atomElementEtotElementEtotElementEtot(a) Pure elementsCo-6.8886Cu-3.7179Ni-5.5143Pb-3.5733Rh-7.2694(b) End-member compoundsEnd-memberEtotEnd-memberEtotEnd-memberEtotCo:Co-19.369Ni:Co-18.4471Rh:Co-20.2193Co:Cu-12.8351Ni:Cu-11.9812Rh:Cu-13.3822Co:Ni-16.7227Ni:Ni-15.3607Rh:Ni-16.9011Co:Pb-13.3157Ni:Pb-12.4051Rh:Pb-14.6327Co:Rh-20.4498Ni:Rh-18.933Rh:Rh-20.7571Cu:Co-16.7069Pb:Co-15.991Cu:Cu-10.5729Pb:Cu-10.2548Cu:Ni-13.4544Pb:Ni-14.0112Cu:Pb-10.4188Pb:b-10.3386Cu:Rh-17.347Pb:Rh-17.5235noitcarfycnapuccoeti1.0noitcarfycnapuccoetiSRh0.3Pb0.6Co0.1—■— yCo4ayPb4a电 yRh4ayCo8bT— yPb8byRh8bnoitcarfycnapuccoetiS864000200 400 600 800 1000 1200 1400 1600T/KY TRh0.3Pb0.6Cu0.1yCu4al yPb4a yRh4a yCu8b yPb8b yRh8b0 200 400 600 800 1000 1200T/K6. TCW 计算：Output from POLY-3Dat。