计算机用于材料科学模拟,浅谈计算机模拟技术在材料科学中的应用论文

浅谈计算机模拟技术在材料科学中的应用论文

现代高新技术的发展,对材料的性能要求越来越高,由此对材料科学本身也提出了更高的要求. 对材料微观结构与宏观性能关系了解的日益深入,人们将可以从理论上预言具有特定结构与功能的材料体系,设计出符合要求的新型材料,并通过先进工艺和技术制造出来.在计算机技术迅速发展的今天,计算机模拟已经成为解决材料科学中实际问题的重要组成部分.本文则是针对近些年计算机模拟技术在材料科学中重要作用,介绍了它的研究范畴和技术类型,及其在研究材料的合成和制备、性能测试和分析中的应用.

1 计算机模拟技术的优势

采用各种新颖算法的模拟技术,并结合运算功能强大的计算机,人们能够做到前所未有的细致和精确程度对物质内部状况进行研究.这导致计算机模拟在材料科学中的应用越来越广泛,并由此产生了一门新的材料研究分支—— 计算材料科学 ( Computa tional Materials Science) . 采用模拟技术进行材料研究的优势在于它不但能够模拟各类实验过程,了解材料的内部微观性质及其宏观力学行为,并且在没有实际备制出这些新材料前就能预测它们的性能,为设计出优异性能的新型结构材料提供强有力的理论指导. 材料科学研究中的模拟“实验”比实物实验更高效、经济、灵活,并且在实验很困难或不能进行的场合仍可进行模拟“实验” ,特别是在对微观状态与过程的了解方面,模拟“实验”更有其独特性甚至有不可替代的'作用.

2 材料模拟方法与模拟层次

材料研究可针对三类不同的尺度范围. 1)原子结构层次,主要是凝聚态物理学家和量子化学家处理这一微观尺度范围. 2)介观层次,即介于原子和宏观之间的中间尺度,在这一尺度范围主要是材料学家、冶金学家,陶瓷学家处理. 3)最后是宏观尺寸,此时大块材料的性能被用作制造过