[发明专利]基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法

权利要求书

1.一种基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据所需的钛氧浓度，确定Fe-Ti-O三元模拟体系的初始成分，并选取描述所述Fe-Ti-O三元体系中所包含的所有原子间相互作用力的势函数；

S2、根据S1中得到的Fe-Ti-O三元模拟体系的初始成分，建立所述Fe-Ti-O三元模拟体系的初始结构模型；

S3、将S2中建立的所述初始结构模型的信息导入Lammps软件中进行计算，得到铁液中钛氧团簇生长过程中的坐标文件；

S4、将S3中得到的所述坐标文件导入可视化软件进行分析，得到钛氧团簇生长机制；

S5、根据S3中得到的所述坐标文件计算钛氧团簇的去形状因素基元回旋半径和平均序参数，对钛氧团簇的结构进行表征；

其中，根据S3中得到的所述坐标文件计算钛氧团簇的去形状因素基元回旋半径的方法如下：

S51、计算钛氧团簇的分子质心坐标：

S52、计算钛氧团簇的回旋半径：

S53、计算钛氧团簇的基元回旋半径：

其中，N为团簇内原子数目；

S53、去除团簇形貌的影响，对团簇形状进行球化处理，并计算钛氧团簇的球化度：

S54、计算钛氧团簇的去形状因素基元回旋半径：

其中，x_i、y_i和z_i代表i原子的三维坐标；m_i代表i原子的相对原子质量；m代表Ti和O原子相对原子质量之和；Rg代表回旋半径，其中Rg物理意义为原子质量中心到分子质量中心的距离；Ψ为球化度，与团簇等体积的球表面积与团簇的表面积之比；S₁为与团簇等体积的球的表面积；S₂为团簇表面积；为去除形状因素的基元回旋半径；

其中，S5中根据S3中得到的所述坐标文件计算钛氧团簇平均序参数的方法如下：

S55、预先计算钛氧团簇中每个钛原子i与其第一近邻氧原子的球谐函数向量及每个氧原子i与其第一近邻钛原子的球谐函数向量：

S56、计算钛氧团簇中每个钛原子i或氧原子i的球谐函数的平均向量：

S57、计算钛氧团簇中每个原子的平均序参数：

S58、计算钛氧团簇序参数：

其中：N_b(i_Ti-O)是钛原子i的第一近邻氧原子个数；N_b(i_O-Ti)是氧原子i的第一邻钛原子个数；N_b(i_Ti-Ti)是钛原子i的第一邻钛原子个数；N_b(i_O-O)是氧原子i的第一近邻氧原子个数；第一近邻的判断距离为径向分布函数第一峰的波谷位置，若两个原子之间距离小于此距离，即判定为属于第一近邻原子；为球谐函数，球谐函数可以表征原子的对称性，通过球谐函数判断原子的对称性，从而判断团簇中原子的有序程度；θ_i,j为矢量r_ij与Z轴之间的夹角；为矢量r_ij在XOY平面投影与X轴之间的夹角；j为选定原子i的近邻原子个数，j＝0表示i原子本身；Q_l,cluster代表钛氧团簇的平均序参数，N_cluster代表团簇中包含原子数目；q_l,cluster(i)代表团簇中包含的每个原子的平均序参数。

2.如权利要求1所述的基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，其特征在于，S2中采用Packmol软件建立所述Fe-Ti-O三元模拟体系的初始结构模型。

3.如权利要求2所述的一种基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，其特征在于，S3中将S2中建立的所述初始结构模型的信息导入Lammps软件中进行计算时，Lammps软件的in文件中设定基于分子动力学模拟Fe液中钛氧团簇生长所需要的模拟参数，所述模拟参数包括设定体系类型、原子类型、边界条件、系综及生长条件。

4.如权利要求1所述的基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，其特征在于，S4中采用的可视化软件为OVITO软件或Jmol软件。