[发明专利]获取材料相图的方法、设备及计算机可读写存储介质

说明书

本申请公开了一种获取材料相图的方法、设备及计算机可读写存储介质，属于材料研究技术领域。所述方法包括：以第一性原理计算方法为基础结合模拟或近似算法计算材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能；根据材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能的参数生成材料的初始相图；在相图中选取至少一个实验点数据对所述初始相图进行修正以获取与实验结果接近的最终相图。采用本申请能够获得符合实验规律与实验结果接近的相图，不仅无需进行长时间高成本的实验，而且算法简单，适用于新材料研发及工业应用。

技术领域

本申请涉及材料研究技术领域，尤其涉及一种获取材料相图的方法、设备及计算机可读写存储介质。

背景技术

相图是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图，其作为材料本身的最基础的特性，在材料合成与制备上起着重要的作用。

传统的获取材料相图的方法一般有两种，一是通过实验测量的方法获取，一是使用现有的实验数据库通过自由能的计算推算得到。这两种方法都是基于实验数据，需要进行大量的量热实验，存在实验时间长，实验成本较高的困难。而第一性原理计算，作为一种可以直接利用密度泛函理论求解薛定谔方程的计算方法，不需依赖任何经验参数即可合理的预测微观体系的状态和性质，可以通过理论的计算模型计算出特定材料的结合能等数据。

但是，由于第一性原理求解的方程都是基于原子的静止状态与电子的基态，因此在第一性原理计算中，无论是原子核还是电子都处于绝对零度的状态，因此，利用第一性原理可以获得高压下的相图，但无法同时得到高温高压下的相图，并且获得的相图与实验结果相差较大。

发明内容

有鉴于此，本申请的多个方面在于提供一种获取材料相图的方法、设备及计算机可读写存储介质,以解决现有技术利用第一性原理无法得到高温高压下的相图，并且获得的相图与实验结果相差较大的问题。

根据本申请的第一个方面，提供一种获取材料相图的方法，所述方法包括以下步骤：

通过第一性原理计算方法计算材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能，所述吉布斯自由能的参数包括所述材料在不同压强下的内能和体积随压强变化的关系、材料声子振动能量、材料声子振动熵、材料电子轨道占据熵或材料在不同磁状态的能量差异与变化中的至少一个；

根据材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能的参数生成材料的初始相图；

在相图中选取至少一个实验点数据对所述初始相图进行修正以获取与实验结果接近的最终相图。

在一些实施例中，所述通过第一性原理计算方法计算材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能，包括如下至少一个步骤：

使用改变结构受到的不同外界静压力来计算所述材料在不同压强下的内能和体积随着压强变化的关系；和/或

使用所述材料在低温下的简谐声子振动或所述材料在特定温度下的第一性原理分子动力学的方法来计算所述材料声子振动能量和所述材料声子振动熵；和/或

使用所述材料的电子态密度与费米-狄拉克分布来计算不同温度下的所述材料电子轨道占据熵；和/或

使用准静态随机结构SQS方法模拟所述材料在顺磁结构下能量，并使用磁惩罚函数迭代的方法计算所述材料在不同磁状态的能量差异与变化。

在一些实施例中，所述使用准静态随机结构SQS方法模拟所述材料在顺磁结构下能量，并使用磁惩罚函数迭代的方法计算所述材料在不同磁状态的能量差异与变化，包括：

使用最近邻的原子之间的相互作用来模拟金属原子之间的磁相互作用；

通过设置惩罚函数方法保持原子初始磁矩的方向；

通过迭代循环算法消除所述惩罚函数对计算结果的影响；