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조밀도 기능 이론은 무엇입니까?
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DFT는 정확성과 타당성 사이의 균형을 잡기 때문에 계산 재료 과학의 사마가되었습니다. 시스템 크기로 거의 저하되는 파동 기반 방법과 달리 DFT는 수백 개의 원자를 처리 할 수 있으며 안경과 같은 모델링 장애 물질에 이상적입니다.
왜 유리제 물자를 위한 DFT를 사용합니까?
유리 재료는 무형화 - 그들은 결정의 장거리 정기적 인 순서를 부족합니다. 이 구조적 인 장애는 실험적 특성화 도전과 비싸게 만듭니다. DFT는 무질서 네트워크의 원자적 시뮬레이션을 가능하게하여 강력한 대안을 제공하며 실험을 통해 혼자 얻을 수 없거나 불가능한 통찰력을 제공합니다.
나노 스케일의 원자 구조 이해
DFT는 연구자들은 가장 중요한 상자에서 원자를 배치하여 유리의 현실적인 모델을 건설하고 최소한의 에너지 구성으로 편안하게 할 수 있습니다. 이 과정은 키 속성을 지배하는 짧은 및 중간 범위의 주문을 캡처합니다. 예를 들어, 실리카 이트 안경의 DFT 시뮬레이션은 비스코스 및 화학적 내구성과 직접 상관 관계되는 뇌하수체의 분포를 나타냅니다. 체계적으로 다양한 구성에 의해 과학자들은 각 요소가 유리 네트워크에 영향을 미치는지 어떻게 맵 할 수 있습니다.
전자 및 광학 특성 예측
DFT 계산은 밴드 간격, 국가 조밀도 및 광학적인 흡수 spectra를 포함하여 상세한 전자 구조 정보를, 제공합니다. 사진 또는 전자공학을 위해 디자인된 신형 유리제 물자를 위해, 이 예측은 도포제와 변조기의 선택을 인도합니다. 예를 들면, DFT는 적외선 광학을 위한 chalcogenide 유리를 탐구하기 위하여 이용되고, 민감하는 색인 및 투명성 창에 있는 실험적인 동향을 정확하게 재현합니다.
DFT를 가진 탈선 구조
유리 과학의 가장 도전적인 측면 중 하나는 단일 "지상 상태"구조의 부족입니다. 안경은 메타 테이블 구성의 적도를 차지하고 DFT는이 에너지 풍경을 탐구하는 데 도움이됩니다. 일반적인 접근법에는 용해 냉각 시뮬레이션이 포함되어 있으며 액체 단계는 silico에서 급속하게 냉각되거나 DFT 정제가 따른 적성 잠재력의 사용이 포함됩니다.
용융 및 휴식 기술
전형적인 녹 냉각수 DFT 학문에서는, 액체는 고열 (예를들면, 실리카산염을 위한 3000 K)에, 그 후에 방 온도에 stepwise 냉각됩니다. 유래 무조직 구조는 그 때 DFT 힘을 사용하여 완전히 완벽합니다. 이 과정 수확량은 실험적인 쌍 배급 기능 및 neutron scattering 자료와 밀접하게 일치하는 모형을 산출합니다.
처리 가장 세포 크기
DFT는 적절하게 집중되기 때문에, 안경을 위한 가장 세포는 수시로 몇몇 100개의 원자로에 한정됩니다. 그러나, 이 크기는 보통 반지 감금소 및 조정 polyhedra와 같은 국부적으로 구조상 motifs를 붙잡기 위하여 충분합니다. 더 긴 범위 효력을 공부하기 위하여는, 잡종은 고전적인 힘 분야 또는 기계 학습 잠재력을 가진 DFT를 결합합니다.
Novel Glass에 DFT에 의해 투자되는 주요 속성
연구자들은 전통적인 규산염에서 고체 배터리 및 유리 세라믹을위한 금속 안경, 산화물 유리와 같은 신소재에 이르기까지 다양한 유리 시스템에 DFT를 적용합니다. 다음은 DFT를 통해 분석 된 가장 중요한 속성 중 일부입니다.
기계적 성질: 경도와 신축성
DFT는 영의 계수, 대량 계수 및 유리 모델의 전단 계수를 예측할 수 있습니다. 이것은 고강도 또는 특이한 유연성을 가진 유리를 디자인하기 위해 중요합니다. 예를 들어, 반투명 안경에 대한 DFT 연구는 높은 네트워크 연결성 및 뻣뻣함으로 Al 함량을 증가 시켰습니다.
열 안정성과 유리 전환
유리 전환은 동적 프로세스이지만 DFT는 형태 및 결정 단계 사이의 구성 에너지 차이와 같은 정적 인 지표를 제공 할 수 있습니다. 이러한 통찰력은 유리 형성 능력에 중요한 결정화의 열역학 구동력을 추정하는 데 도움이됩니다.
화학 내구성 및 이온 운송
, 화학 내구성은 생물 의학 주입 또는 핵 폐기물 침체에서 사용된 유리는 기하학을 위해. 유리 네트워크를 통해서 물 또는 이온 확산의 DFT 가장는 가수분해 또는 leaching 생기는 취약한 위치를 확인합니다. 유사하게, 나트륨 이온 지휘 유리 (예를들면, 건전지 전기로 tes를 위해)를 위해, DFT는 이동 장벽 및 percolation 통로를 계시합니다.
사례 연구: DFT Novel Glass Materials에 적용
몇몇 최근의 연구는 유리 연구에 DFT의 충격을 강조합니다.
Mid-Infrared Photonics용 Chalcogenide 안경
Chalcogenide 안경 (S, Se, Te 포함)은 적외선 투명성에 대한 상을 받았습니다. 캠브리지 대학의 연구자에 의해 DFT 계산은 향상된 전송을 주도 감소 된 결함 농도와 새로운 Ge-As-Se 구성을 예측했습니다. 이 예측은 실험적으로 검증되었으며, 발견을 가속화하는 DFT의 역할을 거부했습니다.
향상된 Toughness를 가진 Metallic 안경
대량 금속 안경 (BMGs)는 과민성에서 고통. Zr 기반 BMGs의 DFT 시뮬레이션은 귀금속 (예 : Pd)의 소량의 추가가 짧은 범위의 순서를 변경, 전단 밴드 형성을 억제한다는 것을 밝혀졌다. 이것은 기록 강인성으로 연성이 BMG의 디자인에 주도. [[FLT :0]]]금속 유리 강인성 [[FLT : 1]]에 관련 DFT 연구는 더 자세한 내용을 제공합니다.
리튬 이온 전도성 유리 Electrolytes
고체 배터리는 높은 이온 전도성으로 전해질을 요구합니다. 리튬 규산염과 리튬 인 옥시 질화물 (LiPON) 유리에 대한 DFT 연구는 비 브리징 산소의 비율을 증가시키는 것으로 확인되었습니다 Li 확산을 강화합니다. 연구자들은 DFT를 사용하여 Li hopping의 에너지 풍경을지도하고, 실내 온도에서 1 mS / cm를 초과하는 새로운 유리 구성의 발견에 지도합니다.
실험 방법과 DFT 통합
실험을 통해 가장 강력한 접근 방식은 DFT를 결합합니다. DFT는 계산 구조에서 spectra를 시뮬레이션하여 분광 분석 데이터 (NMR, XPS, Raman)을 해석 할 수 있습니다. 역대적으로 실험 데이터는 DFT 모델을 검증합니다. ]이 시너지는 시간 소모 시험 및 오류 실험에 대한 필요를 감소 및 맞춤법 속성과 안경의 디자인을 가능하게합니다.
예를 들어, 핵 폐기물에 대한 방사선 방지 안경 개발에서 DFT는 수백 개의 정류기 조합을 사용하고 최고 후보자 만 종합 및 테스트를 수행했습니다. 이 접근 방식은 몇 달에 의해 개발 시간을 잘라.
안경용 DFT의 도전과 한계
DFT는 전원에도 불구하고 안경에 적용 할 때 제한이 있습니다. 표준 기능 (예 : LDA, GGA)는 특정 유리 시스템에 중요한 van der Waals 상호 작용을 위해 악영향적 인 밴드 간격을 견딜 수 있습니다. 하이브리드 기능 또는 DFT +U와 같은 고급 기능보다는 더 큰 computational 리소스를 사용할 수 있습니다.
또 다른 도전은 실제 안경에서 구조적 이질성을 캡처 할 수없는 시뮬레이션 셀의 무한한 크기입니다. 또한 DFT는 접지 상태 방법이므로 온도 의존 특성을 연구하십시오 (예 : 점성)은 분자 역동적 인 또는 Monte Carlo 기술을 결합해야합니다.
미래 지향
유리 과학의 미래는 알고리즘과 컴퓨팅 하드웨어의 발전에 의해 주도하는 밝고, 밝습니다. DFT 데이터에 훈련 된 기계 학습 잠재력은 이제 가까운 DFT 정확도와 함께 수백만 개의 원자의 시뮬레이션을 허용합니다. 이것은 실제 장치에 관련된 길이의 구조적 휴식, 골절 및 이온 수송의 연구를 가능하게합니다.
또한, ]의 개발은 고선량 선별 작업에 대한 자동화된 DFT 워크]는 새로운 유리 구성의 발견을 가속화하기 위해 고안되었습니다. 로봇 및 자동화 실험과 결합된 DFT 구동 유리 디자인은 산업용 R&D에서 일상적으로 될 수 있습니다.
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DFT는 다양한 종류의 유리 재료와 함께, 다양한 재료의 다양한 유형의 유리를 사용하여 다양한 종류의 유리를 생산할 수 있습니다. DFT는 다양한 종류의 유리를 생산하는 데 필요한 다양한 종류의 유리를 제공합니다. DFT는 다양한 종류의 유리를 생산하는 데 필요한 다양한 종류의 유리를 제공합니다. DFT는 다양한 종류의 유리를 생산하는 데 필요한 다양한 종류의 유리를 제공합니다. DFT는 다양한 종류의 유리를 생산하는 데 필요한 다양한 종류의 유리를 제공합니다. DFT는 다양한 유리를 생산하는 데 필요한 다양한 종류의 유리를 제공합니다. DFT는 다양한 유리를 생산하는 데 필요한 다양한 유리를 제공합니다.