Dislokasyonlar, metallerin mekanik özelliklerini belirlemede önemli bir rol oynayan kristal bir yapı içinde line kusurlarıdır. Bu dislokasyonları anlamak ve etkileşim daha güçlü ve daha fazla kanal malzemeleri geliştirmek için gereklidir. Son birkaç on yılda, atomik simülasyonlar, atomik-öldürülen mekanizmaların, hareket dinamikleri doğrudan gözlemleyerek, multiplikasyonları ve sıcaklık koşullarını sağlamak için nasıl kullanıldığına dair temel kavramlara karşı, araştırmacılar makroskobik davranışları rasyonelleştirebilirler.

Dislok Dynamics

Dislokasyonlar, yirmi yüzyılın ilk yarısında, mükemmel bir lattice teorik gücü altında kristal yapının bozulmasıyla karakterize edilen tek boyutlu lattice kusurlarıdır - en kristal metallerdeki plastik deformasyonun birincil mekanizmasıdır.

Dislokasyonlar, bir kayma uçağının yanı sıra, bir rampanın hareketine benzeyen bir mekanizmayla geniş ölçüde sınıflandırılabilir ve ayrıca bir düzlemden diğerine hareket eden bir işlemden uzaklaşırlar.

Boşluklar arasındaki etkileşimler zengin ve karmaşıktır. Dislokasyonlar birbirlerini çekebilir veya yeniden şekillendirebilir, stabil eklemler, aynı kayma uçaktaki tam işaretle karşı karşıya kalır veya entangaçsız hale gelir.Bu etkileşimlerin iş gücü ile ilgili olarak daha güçlü hale gelir, betonarme, hücre yapıları ve alt sınırların oluşumu, atom ölçeğindeki dinamiklere bağlıdır.

Dislokasyon Çalışmaları için Atomik Simülasyon Yöntemleri

Atomik simülasyonlar, Newton'un hareket denklemlerini binlerce tonluk atomlara uygular, nanosaniyelere doğrudan bir pencere sağlar - matematiksel bir işlev - atomik pozisyonların işlevi olarak bir sistemin enerjisini açıklar. herhangi bir atomik simülasyonun doğruluğu ve güvenilirliğini, bu potansiyelin kalitesine bağlıdır.

Moleküler Dinamik (MD)

Boşluk dinamiklerinin bir simülasyonunda, bir kristal gömülü bir dislokasyonla inşa edilir, genellikle yer değiştirme alanı için izotropik elastiklik çözümüne göre atomları atarak ortaya çıkar.Bir hear stresi daha sonra simülasyon kutusunu veya diğer dislokasyonları uygulayarak, devre dışı bırakma mekanizmaları uygular. Simülasyon devam eder, dislokasyon hareket eder ve yörüngesine göre tam tersi ilerleyebilir. MD, dislokasyonel olmayan hassasiyetle karşı karşıya kalır.

Metaller için, metalik sistemler için ortak potansiyeller, alüminyum, bakır ve nikel gibi metaller, ve elektriksel olarak birbirine bağlı olarak sabit olmayan bir şekilde hareket etmeyi ve enerjik olmayan bir şekilde hareket etmeyi amaçlıyor.For body-centered engines (BCC) Metaller için demir, TEAM potansiyelleri için, ve molybdenum, ikiz ya da sine-squared potansiyelleri, yanlış olmayan potansiyelleri incelemek için yaygın olarak kullanılır.

Yoğun Fonksiyonel Teori (DFT)

MD büyük sistemleri simüle edebilirken, birçok parçalı problemi çözebilecek ampirik potansiyellere dayanıyor. DFT, yüksek sadakatle sınırlı değil, ancak temel yapılar için doğru değerleri sağlayabilir ve temel sistemler için sabit enerjiler sağlar ve çözünürlükte olan tüm enerjileri çözer.Bu kuantum düzeyindeki veriler, atomik potansiyelleri çözme ve MD'de gözlemlenen mekanizmaların sistemleri ile sınırlıdır.

Birçok çalışma, DFT ve MD'yi çok ölçekli bir çerçevede birleştirir: DFT, küçük çekirdek konfigürasyonlarının enerjilerini hesaplarken, MD daha büyük sistemlerin dinamiklerini keşfeder. Örneğin, iki yöntem arasındaki sinerjik alaşım davranışı anlamakta ilerlemeye devam ediyor.

Diğer Atomik Teknikler

Standart MD'nin ötesinde, birkaç uzman atomist yöntem zaman ölçeği ve sistem büyüklüğü sınırlamalarını ele almak için geliştirildi. Kinetic Monte Carlo (kMC) simülasyonlar termal olarak aktif olaylar - vacancy atlar veya dislok kink göçü gibi - sistemi çok daha uzun süre ölçeklere erişmesine izin vermek için - hiperdinamik, paralel çoğaltma dinamikleri ve sıcaklık değiştiricileri dahil olmak üzere, özellikle de uzun süreli MD yöntemlerine sahip olmak için.

Makine öğrenimi (ML) atomik potansiyeller son zamanlarda alanı değiştirdi.DFT enerjilerinin büyük veritabanlarına ve Gaussian proses regresyonunu kullanarak, ML potansiyellerini ve klasik potansiyellerin hesaplanmasıyla elde edebilir. Bu, araştırmacıların gerçekçi alaşım kompozisyonlarında, karmaşık arabirimlere uygun olarak, daha önce sorunsuz bir şekilde ayrıştırılmış malzemelere sahip olması için standart bir şekilde tahmin etme olanağı sağlar. Örnekler, derin potansiyel (MD) ve komşu analiz potansiyellerini (SNAP) içerir.

Dislok Dynamics Dinamiklerinin Atomist Simülasyonlarından Anahtar İçgörü

Atomik simülasyonlar plastikliği anlayışımızı yeniden şekillendiren çok sayıda öngörüye sahiptir. İşte en önemli bulguların bazılarını vurguladık.

Dislokasyon Core Structures and Peierls Stres

Peierls stresi - en az hear stresi 0 K'ta bir dislokasyon taşımak için gerekli - bir yığınağın bozulmasına karşı ayrılmış temel bir özellik. Atomik simülasyonlar, Peierls stresinin üç ayrı uçağa yayılması, yüksek çözünürlükte yüksek bir ısıtılma ve kuvvetlendirme işlemi ile ayrılmış atomik bir şekilde ortaya çıkan yüksek çözünürlükte meydana gelen yüksek çözünürlükte meydana geldiğini ortaya koydu.

Cross-Slip ve Dislok Multiplication

Cross-slip, bir uçaktan diğerine hareket etmek için bir vida dislokasyonu sağlar, engelleri atlayın ve dinamik yeniden kristalleşme gibi kurtarma süreçlerinin etkinleştirilmesine izin verir. Atomik simülasyonlar atom seviyesindeki kesit mekanizmaları belirledi: birçok HTTP metallerinde de bir konstriksiyonu içerir.Ayrıca, geçişler farklı bir uçaktaki re-dissociasyona izin verir.

Ayrılma-Çakma Etkileşimleri ve Katı Çözüm Güçlendirme

Solun atomların eklenmesi, DFT ve Al-Mg gibi, MD çalışmaları, katı bir kimyasal madde ile sabitlenme ve sürükleme mekanizmalarının bir kombinasyonunun nasıl işlediğini ölçmüşlerdir.

Dislok-Defect Interactions

Boşluklar genellikle diğer lattice kusurlarıyla etkileşime girer: nokta kusurları (vacancies, interstitials), önsözleri, tahıl sınırları ve ücretsiz yüzeyleri. Atomik simülasyonlar, büyük detayda etkileşim mekanizmaları karakterize eder. Örneğin, MD simülasyonları, konherent ve arayüz yapısıyla ilgili varsayımlara bağlıdır.

Atomist Simülasyonların Zorlukları ve Sınırları

Güçlerine rağmen, atomik dislokasyon dinamiklerinin birkaç temel zorlukla karşı karşıya kaldığı simülasyonlar, en şiddetli zaman ölçeği sınırlaması: MD genellikle nanosaniyelere mikrosaniyelere ulaşabilir, ancak sabit olmayan veya dislokasyon gibi gerçek dislokasyon süreçleri saatlerce meydana gelir.Çok ölçekli modelleme çerçeveleri - yüklenebilirliklerin (DDare) ve sonlu bir şekilde çözülmesi için sabit olmayan yöntemler ile sınırlı kalır.

Başka bir meydan okuma, atomik potansiyellerin güvenilirliğidir. EAM potansiyelleri basit metaller için oldukça başarılı olsa da, genellikle karmaşık alaşımlar, intermetallics veya kimyasal sipariş değişiklikleri için başarısız olurlar. ML potansiyelleri bir yol sunar, ancak önemli bir eğitim verileri gerektirir ve deneysel gözlemlere karşı hassas olabilirler - ölçümlere karşı yapılan uyarıları ölçen enerjiler, sabit enerjiler veya konum kesintileri - temel olarak.

Ek olarak, atomik simülasyonlar nadiren fonon-vacuum etkileşimlerinin etkilerini doğru bir şekilde içerir ve yüksek gider oranları veya yapay sınır koşulları nedeniyle. periyodik sınır koşulları kullanımı uzun menzilli elastik etkileşimleri veya eksileme dislokasyon eğriliği gerçekçi şekillerde baskılayabilir. Finite- sıcaklık simülasyonları da istatistiksel gürültüden muzdariptir ve altta yatan fiziğin derin bir anlayış gerektirir.

Materyal Tasarım için Implikasyonlar

Boşluk dinamiklerini incelemek, pahalı deneme-ve-terör deneyleri olmadan malzeme geliştirmesini yönlendirmektir. Örneğin, yüksek çözünürlükte çelikler ve yüksek sıcaklık uygulamaları kullanarak çözünürlükte HEAs ile yüksek iyonik uygulamaları kullanarak, malzemeler için potansiyel alaşımlama elemanlarını kontrol edebilir.

İş zorlaşması alanında, atomik simülasyonlar, orman dislokasyonlarının ve dislokasyon kavimlerinin rolünü aydınlatmıştır. Boşluk ağının gücü şimdi atomik modeller aracılığıyla elde edilen eklemsel modellerin istatistiklerinden tahmin edilebilir, daha büyük ölçekli DDDDDDDDDDDD modelleri beslemektedir. Bu hiyerarşik yaklaşım, ısı ve ilk mikroyapının işlevi olarak akış stresi tahmin eder.

Başka bir heyecan verici sınır, precipitate-hardized alaşımların tasarımıdır.Intron-base süperalloys, ⁇ / mikroyapıyı tertemiz ederek dirençin artırılması ve ölçümlenmesi ile kritik boyut ölçülerin belirlenmesine yardımcı olur.Inzoleşimsel simülasyonlar, nano ölçekli oksitlerle etkileşimi optimize eder ve iyonik malzemelerin gelişimine yardımcı olur.

100 nm altında tahıl boyutlarıyla, tahıl sınırının kayması, tahıl rotasyonu ve sınırların kısmi dislokasyon emisyonu içeren eşsiz plastikliği sergileyerek, dislokasyondan gelen değişimin ortaya çıkmasının aracılı olarak ortaya çıkmasının aracılı olarak kullanılan atomik simülasyonlar, nanokristal kaplamalar ve folyoların tasarımını genişleterek ve dirençleri kullanarak kılavuzlukları ortaya koyar.

Son olarak, makine öğrenimi potansiyelinin büyüyen alanı, simülasyona dayalı malzemeler keşfi vaadini sunar. Yüksek hacimli atomistik simülasyonları optimizasyon algoritmaları ile birleştirerek, biri, pompa kompozisyonları ve mikroyapıları en üst düzey işlevsel özellikleri korurken aramayı sağlayabilir. Atomik simülasyonların entegrasyonu gelişmiş metalik sistemlerin gelişimini hızlandırmaya devam eder.

Future Perspektifler ve Outlook

Atomik dislokasyon dinamiklerinin alanı hızla gelişmektedir.Bir veriye dayalı çerçevede çift atomik modelin belirli bir söz tutması ile ilgili olarak, evrensel potansiyellerin geliştirilmesi - birçok elementin geniş DFT verileri üzerinde daha gerçekçi simülasyonlar sağlayacaktır - daha önce manuel uyumsuz herhangi bir metalik sistemin güvenilir simülasyonlarına izin verir.

Zorluklar dinamik yükleme koşullarını modellemede, şok sıkıştırma ve iyonun davranışının diğer defekt süreçleri ile eşleştiği radyasyon hasarında kalmaktadır.Rekonferanslar ve ikizler, arayüzler ve multifaksiyonelleri arasındaki etkileşimler, ve çok daha derin atomistik soruşturmayı hak ediyor.Demokratlı araçlar daha erişilebilir hale gelir, topluluk güç kaynağı ve karmaşık mikroyapılarda güç ve iyonların aşırı yüklenmesi hakkında temel sorular cevap verir.

Sonuç olarak, atomik simülasyonlar, metalik kristallerdeki dislokasyon dinamikleri konusunda eşsiz bir detay düzeyi sağlar. Temel kaymayı, sertleştirmeyi ve kurtarmayı yöneten mekanizmaları ortaya koyarlar ve rasyonel malzeme tasarımı için öngörülebilir bir platform olarak hizmet ederler.

Referanslar ve Daha Fazla Okuma

  • [FONT=0)Wikipedia: Dislocation[[Dönetici: 1 ) – Ayrılma türlerine ve davranışlarına genel bir bakış.
  • [FONT:0)Wikipedia: Moleküler dinamikler - MD simülasyon yönteminin tanımı.
  • [FONT:0) BilimDirect Topic: gömülü Atom Yöntemi) – Birçok metal simülasyonda kullanılan EAM potansiyellerinin bir açıklaması.
  • [0]Makine, atomik simülasyonlar için makine öğrenme potansiyellerinin incelenmesi.