[发明专利]一种建立多相多晶原子结构模型的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料结构建模技术领域，特别涉及一种建立多相多晶原子结构模型的方法。

背景技术

在材料科学研究领域，多相多晶材料被越来越多的研究人员所熟识和应用，这些材料克服了许多单相材料的缺点。两种或两种以上不同材料的不同组合，将体现出不同的材料性能；不同相的材料以不同的形貌、不同的几何形式组合就可以获得不同性状的材料。众所周知，材料结构模型的建立是材料性能研究的基础和前提，目前，在材料结构建模领域，研究人员提出了建立材料原子结构模型的方法，这些方法或只可以建立出单相单晶结构模型，或只可以建立出单相多晶结构模型，而如何建立多相多晶结构模型至今未见报道，所以我们研究出了一种简单易行的建立多相多晶原子结构模型的方法，即用FORTRAN编程的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够简单、快速、准确地建立多相多晶原子结构的方法。

本发明提出了一个通过结合Qhull和Fortran90软件获得多相多晶模型的原子坐标文件的方法。为了表达出晶粒几何形状和晶界的不规则性，选取了使用voronoi方法进行建模，利用Qhull软件可以获取晶粒的顶点坐标，然后通过判断多面体内外点的方法，用Fortran编程选取出位于晶粒内部的各相超胞坐标。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种建立多相多晶原子结构模型的方法，其内容包括如下步骤：

1.准备所建结构的各相超胞结构的原子坐标文件；

2.通过Qhull软件获得若干任意尺度晶粒的凸多面体的顶点坐标；

3.将某一相的超胞坐标以任意角度旋转，通过判断多面体内外点的方法，选取出该相在该晶粒内部的原子坐标；用同样的方法，确定出任意相在任意晶粒内部的原子坐标；

4.通过控制填充晶粒的各相比例，利用步骤3，即可获得任意相数、任意相比例及任意晶粒尺度的多相多晶原子结构模型的坐标文件。

由于采用上述技术方案，本发明突破了长期以来多相多晶材料无法建模的难题；本发明操作方法简单，对计算机软硬件要求较低，且可以建立较大结构的多相多晶原子结构模型。

附图说明

图1是采用本发明建立金刚石和碳化硅两相多晶结构的流程图，其质量比为1:1，晶粒总数为20，平均晶粒尺寸为2nm；

图2是采用本发明建立的金刚石和碳化硅两相多晶结构模型图（其中深色的为金刚石原子，浅色的为碳化硅原子），其质量比为1:1，晶粒总数为20，平均晶粒尺寸为2nm；

图3是采用本发明建立金刚石和碳化硅两相多晶结构的流程图，其质量比为2:5，晶粒总数为8，平均晶粒尺寸为20nm；

图4是采用本发明建立的金刚石和碳化硅两相多晶结构模型图（其中深色的为金刚石原子，浅色的为碳化硅原子），其质量比为2:5，晶粒总数为8，平均晶粒尺寸为20nm。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

如图1所示，首先建立金刚石以及碳化硅的超胞，利用Qhull软件生成20个晶粒的顶点坐标，将10个金刚石超胞分别进行不同角度的旋转，通过判断多面体内外点的方法，筛选出位于这10个晶粒内部的金刚石坐标。用同样的方法，选取出位于其他10个晶粒内部的碳化硅超胞坐标。将两次选取得到的两相超胞坐标以及坐标个数输入到同一个文件中，其结构如图2所示，其中深色的为金刚石晶粒，浅色的为碳化硅晶粒。

实施例2

如图3所示，首先建立金刚石以及碳化硅的超胞，利用Qhull软件生成8个晶粒的顶点坐标，将4个金刚石超胞进行不同角度的旋转，通过选取多面体内外点的方法，筛选出位于其中4个晶粒内部的金刚石坐标。用同样的方法，选取出位于其他4个晶粒内部的碳化硅超胞坐标。将两次选取得的两相超胞坐标以及坐标个数输入到同一个文件中，其结构如图4所示，其中深色的为金刚石晶粒，浅色的为碳化硅晶粒。