凝結勢模型，依賴材料的化學組分，運用於燃料電池中鉑和鎳納米顆粒的構型。
基本介紹
- 中文名：凝結勢模型
- 材料：體材料
- 依賴：材料的化學組分
- 預測：單質及二元合金的形成
- 運用於：燃料電池中鉑和鎳納米顆粒的構型
簡介,生長過程,凝結勢,
簡介
體材料的物理化學特性不僅依賴於材料的化學組分，而且顯著地取決於體材料的原子分子構型。不同材料形成單晶體的能力有很大差異。石英在一般條件下便可形成線徑為數十厘米的單晶體，而在各種極端條件（包括採用2000℃高溫和幾十億Pa高壓）下所能製備的金剛石晶體也只有毫米量級線徑。所以在材料設計，特別是新材料的預測過程中，不僅需要考慮材料的結構及性能，還應預測其形成晶體的能力。 以氮化碳材料為例，十幾年前理論工作預測它具有與金剛石相當的硬度。然而到目前為止，利用各種技術所能製備的最大晶粒不超過幾十微米。如果能夠從理論上預測其結晶能力與石英相近，那將更有力地促進有關的實驗探討。相反，如果理論預測其結晶能力比金剛石還差，僅從經濟角度考慮，便沒有必要從實驗上探討相關的製備技術。
生長過程
研究晶體的生長過程，預測材料的缺陷、多晶及枝晶結構的形成都是理論工作者一直感興趣的課題。人們已經發現這些結構與不同晶面的生長速度密切相關。然而實際測量晶體的生長速度卻很困難，不同的工作組採用類似的測量方法可能給出相差一個數量級的測量結果。採用相場模型能夠很好地描述巨觀的枝晶生長過程。由於相場模型能夠描述巨觀晶體生長過程，故其能夠預測給定生長條件下材料形成單晶體的可能性，也可以對不同材料（化學組分不同）在普通生長條件下形成單晶體的能力進行評價。然而，該模型必須以界面自由能和動力學係數為輸入參數，而這兩個參數的確定需要進行大量且精細的模擬，加之相場模型自身涉及巨大的三維計算量，使得該模型難以快速方便地評價材料形成單晶體的能力。
凝結勢
21世界後發展的凝結勢的計算簡單，利用常規從頭計算方法即可獲得結果。此方法可以快速準確地評價材料形成單晶體的能力，填補了結晶學的一項空白。晶體生長的殘缺度應與生長晶面的勢場密切相關。考慮熔體原子被一個表面吸附的過程，這些原子沿垂直於表面的方向接近該表面可能“感受”到一個勢Pz，在表面上沿某一方向移動時可能“感受”到另一勢谷Ps。兩個勢谷底的坐標即是完美晶格點的坐標。根據玻爾茲曼分布，兩個勢谷越深，被吸附原子處於格點的機率應越大，有利於形成完美晶格結構。如果沿任一方向的勢谷深度為零，則在該方向不能形成有序結構，即不能形成晶體。也就是說，Pz與Ps的乘積越大，殘缺度應越小，形成單晶體的能力越強。因此，我們把Pz與Ps的乘積定義為結晶勢P。應當注意的是，P應是生長溫度T的函式，因為不同溫度對應不同的晶格常數。
目前，該模型能夠很好地預測單質及二元合金的形成單晶體的能力和材料的熔點，並被成功運用於燃料電池中鉑和鎳納米顆粒的構型預測。
