Lý thuyết hàm hàm hàm phủ là gì?

Theo lý thuyết hàm DeFT là một phương pháp mô hình điện tử được dùng để điều tra cấu trúc điện tử của nhiều hệ thống cơ thể, đặc biệt là các nguyên tử, phân tử và các giai đoạn tích tụ. Tại tâm, DFT thay thế chức năng đa năng điện tử phức tạp với mật độ điện tử như là các biến cơ bản, giảm đáng kể giá điện tử trong khi giữ độ chính xác cao. Cách tiếp cận này, bắt nguồn từ các định lý Hohenberg- Kohhhh-Kn và các phương trình Kohnsham, cho phép các nhà khoa học tính toán năng lượng mặt đất, cấu trúc điện tử, và các tính chất từ các nguyên tắc đầu tiên. Để xem [FAcity] [FHT]

DFT đã trở thành một con ngựa làm việc của các vật liệu tính toán bởi vì nó tạo ra sự cân bằng giữa chính xác và khả năng xác định. không giống như các phương pháp dựa trên chức năng mà quy mô không tốt với kích thước hệ thống, DFT có thể thường xuyên xử lý hàng trăm nguyên tử, làm cho nó lý tưởng cho việc mô hình hóa vật liệu rối loạn như kính.

Tại sao dùng vật liệu dùng cho kính?

Vật liệu thủy tinh vốn là vô hình, thiếu chu kỳ tuần hoàn của tinh thể, rối loạn cấu trúc này khiến việc thử nghiệm hóa tính cách khó khăn và tốn kém.

Hiểu kiến trúc nguyên tử ở Nanocal

Với DFT, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng mô hình thực tế của thủy tinh bằng cách đặt các nguyên tử trong hộp mô phỏng và thư giãn chúng thành các cấu hình năng lượng tối thiểu. Quá trình này chụp các thứ tự ngắn và tầm tầm tầm trung để điều khiển tính chất chính. Ví dụ, giả lập các kính dFT cho thấy sự phân phối của các nguyên tử oxy, không kết hợp trực tiếp với độ đa dạng hóa học và độ bền hóa học. Bằng cấu trúc khác nhau, các nhà khoa học có thể vẽ sơ đồ cách ảnh hưởng đến mạng lưới thủy tinh.

Tính chất tiên đoán và quang phổ

Các phép tính DFT cung cấp thông tin cấu trúc điện tử chi tiết, bao gồm khoảng trống băng nhóm, mật độ và quang học quang học quang phổ. Đối với vật liệu thủy tinh mới được thiết kế cho các điện ảnh hay điện tử, những dự đoán này hướng dẫn sự lựa chọn của quần lót và các sửa đổi. Lấy thí dụ, DFT đã được dùng để khám phá kính hiển thị hồng ngoại cho quang học, tái tạo chính xác các xu hướng thử nghiệm trong các cửa sổ làm việc nâng cấp và trong minh họa.

Các cấu trúc đồng dạng với DFT

Một trong những khía cạnh khó khăn nhất của khoa học thủy tinh là sự thiếu vắng một “cơ cấu đất liền ” duy nhất, kính chiếm vô số các cấu trúc siêu tân tinh, và DFT giúp khám phá phong cảnh năng lượng này.

Name

Trong một nghiên cứu về hàm lượng tan chảy thông thường DFT, một chất lỏng được gấp với nhiệt độ cao (v. d. 3000 K cho chất sillictes), sau đó làm mát theo bước chân đến nhiệt độ phòng. Kết quả là cấu trúc biến dạng là hoàn toàn thoải mái bằng lực DFT. Quá trình này cung cấp các mô hình khớp chặt chẽ với chức năng phân phối cặp thực nghiệm và phân tán dữ liệu neutron.

Kích cỡ ô mô phỏng

Vì DFT là những tế bào mô phỏng với tính toán cao, các tế bào kính thường chỉ giới hạn trong vài trăm nguyên tử. tuy nhiên, kích thước này thường đủ để thu lại các mô-đun cấu trúc địa phương như vành đai, lồng, và phối hợp polyhdra. để nghiên cứu hiệu ứng hình ảnh dài hơn, phương pháp kết hợp giữa DFT với trường lực cổ điển hoặc máy học tiềm năng.

Đầu tư thuộc tính khóa của DFT trong kính số nhỏ

Các nhà nghiên cứu áp dụng DFT cho một loạt các hệ thống kính, từ những chất silicic truyền thống đến những vật liệu mới nổi như kính kim loại, kính Ô-xít cho pin khối rắn và thủy tinh, và một số đặc tính quan trọng nhất được phân tích qua DFT.

Tính khí: tính cứng rắn và tính đàn ông

Bằng cách tính toán hằng số đàn hồi từ mối quan hệ căng thẳng, DFT có thể dự đoán các mô-đun trẻ, đa chiều, và các mô hình xoắn ốc của thủy tinh. Điều này là thiết yếu để thiết kế thủy tinh với độ bền cao hoặc độ linh hoạt khác thường. Ví dụ, DFT nghiên cứu trên kính i-nô-mi-ô-ni-ô đã liên kết việc tăng nội dung Al tới sự kết nối mạng cao hơn và sự cứng hơn.

Độ bền và chuyển hóa kính

Mặc dù chuyển đổi thủy tinh là một quá trình động, DFT có thể cung cấp các chỉ số tĩnh như sự khác biệt năng lượng cấu hình giữa các giai đoạn hình thái và tinh thể. Những cái nhìn này giúp ước tính lực điều khiển nhiệt động lực để kết tinh, điều này rất quan trọng cho khả năng hiệu chỉnh thủy tinh.

Công nghệ hóa học và vận chuyển trực tiếp

Đối với kính được dùng trong cấy ghép sinh học hoặc chất thải hạt nhân, khả năng xử lý hóa học là quan trọng nhất. Mô phỏng sự phát tán nước hoặc điện tử (DFT) thông qua mạng lưới thủy tinh xác định những địa điểm dễ bị tổn thương hoặc bị cắt giảm. Tương tự, đối với kính dẫn điện bằng Natri (v. d., cho pin điện giải), DFT cho thấy rào cản di trú và đường đi thẩm thấu.

Nghiên cứu trường hợp: DFT Ứng dụng cho vật liệu kính tiểu thuyết

Một số nghiên cứu gần đây cho thấy tác động của DFT trong việc nghiên cứu thủy tinh.

Kính Chalcogenide cho ảnh chụp trung niên

Các dự đoán này được thực hiện một cách thực nghiệm, cho thấy vai trò của DFT trong việc tăng tốc trong việc phát hiện.

Kính kim loại có độ cứng cao

Kính kim loại lỏng (BMGs) bị hỏng. Mô phỏng DFT dựa trên Zr-MGs cho thấy sự thêm một lượng nhỏ kim loại cao quý (v. d., Pd) thay đổi thứ tự tầm ngắn, ngăn chặn việc tạo dây kéo. Điều này dẫn đến thiết kế một đĩa cứng bằng ống dẫn. [FL: 0] Một nghiên cứu liên quan đến vật liệu kim loại [FL: FL: 1] cung cấp thêm chi tiết.

Name

Các nghiên cứu về sự biến đổi năng lượng của Li Hung và liphotus oxynitritride (LiPON) xác định rằng tăng tỷ lệ ô-xy không lọc được tăng cường Li. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng DFT để vẽ bản đồ cảnh vật năng lượng cho Li nhảy múa, dẫn đến việc khám phá ra một hợp chất thủy tinh mới với độ phát hiện hoạt động cao 1 ms/cm tại nhiệt độ phòng.

Kết hợp DFT với các phương pháp thí nghiệm

Cách tiếp cận mạnh nhất kết hợp DFT với thí nghiệm. DFT có thể giải thích dữ liệu quang phổ (NMR, XPS, Raman) bằng cách mô phỏng sự suy đoán từ cấu trúc đã tính toán. Ngược lại, dữ liệu thực nghiệm xác thực mô hình DFT. [FLT: 0] Chương trình này giảm nhu cầu về sự cần thiết thử nghiệm thời gian và khủng bố và cho phép thiết kế kính có tính chất thích hợp.

Ví dụ, trong quá trình phát triển kính chống phóng xạ cho chất thải hạt nhân, DFT được sử dụng để hiển thị hàng trăm tổ hợp thay đổi, và chỉ những ứng cử viên hàng đầu được tổng hợp và kiểm tra phương pháp này giảm thời gian phát triển trong vài tháng.

Thử thách và hạn chế của DFT để kính

Mặc dù sức mạnh của nó, DFT có giới hạn khi được áp dụng cho kính. Chức năng chuẩn (v. d., LDA, GGA) có thể đánh giá thấp khoảng trống ban nhạc hoặc không thể giải thích được các tương tác van der Waals, mà có thể quan trọng trong một số hệ thống kính. Chức năng nâng cao như chức năng lai hoặc DFT+U có sẵn nhưng cần thêm tài nguyên điện toán.

Một thách thức khác là kích thước hữu hạn của tế bào mô phỏng, có thể không thu được cấu trúc tương đối trong kính thật. Ngoài ra, DFT là một phương pháp của đất liền, do đó nghiên cứu tính chất phụ thuộc nhiệt độ (v.g, tính đa dạng) cần phải kết hợp với động lực phân tử hoặc kỹ thuật Monte Carlo.

Hướng tương lai

Tương lai của DFT trong khoa học thủy tinh là sáng, được thúc đẩy bởi các tiến bộ trong các thuật toán và phần cứng máy tính. máy học tiềm năng được đào tạo trên dữ liệu DFT bây giờ cho phép mô phỏng hàng triệu nguyên tử với độ chính xác gần DFT. Điều này sẽ cho phép nghiên cứu về cấu trúc thư giãn, gãy, và Eon vận chuyển qua các vảy dài liên quan đến các thiết bị thực.

Hơn nữa, sự phát triển đã được khởi động tự động với các dòng công việc DFT để chiếu qua đang chuẩn bị thúc đẩy sự phát hiện ra các hợp chất thủy tinh mới lạ. Kết hợp với robot và các thí nghiệm tự động, thiết kế kính có thể trở thành thói quen trong R&D.

Kết luận

Theo thuyết hàm học đã biến đổi sự hiểu biết của chúng ta về vật liệu thủy tinh mới bằng cách cung cấp những hiểu biết về nguyên tử và hướng dẫn thí nghiệm, từ dự đoán về sự sắp xếp nguyên tử và tính chất điện tử để tăng tốc phát hiện ra những kính hiệu quả cao cho năng lượng, quang học và sinh học, DFT là một công cụ cần thiết trong khoa học vật liệu hiện đại. khi phương pháp toán học tiếp tục tiến hóa, các vật liệu cộng hưởng giữa DFT và thí nghiệm sẽ giải phóng thậm chí những vật liệu thủy tinh phức tạp hơn nữa để phù hợp với các tính chất để đáp ứng các thách thức công nghệ ngày mai.

Đối với những người thích lặn sâu hơn, bài báo ngày nay về ab iniio mô hình của các chất rắn biến dạng cung cấp một bản xem xét toàn diện các kỹ thuật và ứng dụng. Các nhà nghiên cứu tìm kiếm để áp dụng DFT cho hệ thống kính của riêng họ có thể bắt đầu với mã nguồn mở như iconcyenceO, VAPP, hoặc CP2K.