[发明专利]一种基于分子动力学的LST-GDC纳米团簇烧结模拟的方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学的LST‑GDC纳米团簇烧结模拟的方法，其包括：采用分子建模软件分别构建LST‑GDC纳米团簇模型，并转换成分子动力学模拟软件可识别的数据文件；选取能够反映LST‑GDC所包含的所有原子之间相互作用力的势函数；设定系统弛豫与分子建模软件中分子动力学模拟的参数，通过分子动力学模拟软件计算并输出烧结LST‑GDC模型坐标文件，导入可视化软件进行可视化分析，并通过切面分析得到烧结结构内部的信息。本发明的基于分子动力学的LST‑GDC纳米团簇烧结模拟的方法能够采用分子动力学模拟出LST‑GDC烧结过程中的微观结构变化，并可视化观察烧结过程。

技术领域

本发明具体涉及一种基于分子动力学的SOFC复合阳极材料LST-GDC纳米团簇烧结模拟的方法，属于高温固体氧化物燃料电池(SOFC)电极材料领域。

背景技术

多孔电极是SOFC的重要部件之一，其孔隙、电子导体和离子导体以及形成的三相界面(Three Phase Boundaries，TPB)是同时发生电化学反应和物质传输的唯一区域，并存在复杂的多相、多尺度、多物理场耦合的传递过程。固态烧结对电极反应物/产物在孔隙中有效传输、致密性、孔隙率以及有效的电/离子电导率具有决定作用。从原子/分子尺度入手，以SOFC复合阳极材料LST-GDC为研究对象，应用分子动力学(MD)方法研究烧结条件下的电极微观结构演变规律及并可视化观察电极形貌在烧结过程中的变化，对优化电极微结构从而改善电池的电化学性能具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于一种基于分子动力学的LST-GDC纳米团簇烧结模拟的方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于分子动力学的LST-GDC纳米团簇烧结模拟的方法，其包括：

选取能够反映LST-GDC体系所包含的所有原子之间相互作用力的势函数；

采用分子建模软件分别构建LST纳米团簇模型和GDC纳米团簇模型，并转换成分子动力学模拟软件可识别的数据文件；

设定系统弛豫与分子建模软件中分子动力学模拟的参数，包括设定边界条件、等温等压系综控温条件、烧结条件；

通过分子动力学模拟软件计算并输出烧结LST-GDC模型坐标文件，再导入可视化软件进行可视化分析，并通过切面分析得到烧结结构内部的信息。

在一些实施例中，所述基于分子动力学的LST-GDC纳米团簇烧结模拟的方法包括：通过分子建模软件MaterialStudio软件的观察模块导入LST与GDC的晶胞模型，并通过Build nanocluster分别建立起LST纳米团簇和GDC纳米团簇；并将LST纳米团簇与GDC纳米团簇放置于模拟盒子中，并使用分子动力学模拟软件Lammps自带的msi2lmp工具转换为Lammps可识别的模型数据。

在一些实施例中，所述势函数由描述短程相互作用力的Born-Mayer-Huggins与描述电荷长程作用力的库仑势组成。

进一步地，所述势函数为：

其中，U_ij是距离r_ij的所有原子i和j的总势能，Z_i、Z_j是有效电荷，a_i、a_j、b_i、b_j是排斥力系数，C_i、C_j是吸引力系数，f₀为尺寸转换系数，并且f₀为4.19kJ/(mol·A)。

与现有技术相比，本发明的优点包括：