{"id":1785,"date":"2019-05-22T02:47:44","date_gmt":"2019-05-22T02:47:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-inventory-progress-in-the-application-of-first-principles-in-materials-science\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:06","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:06","slug":"inventory-progress-in-the-application-of-first-principles-in-materials-science","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/inventory-progress-in-the-application-of-first-principles-in-materials-science\/","title":{"rendered":"Invent\u00e1rio: Progresso na aplica\u00e7\u00e3o dos primeiros princ\u00edpios na ci\u00eancia dos materiais"},"content":{"rendered":"
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O primeiro princ\u00edpio \u00e9 na verdade um termo filos\u00f3fico proposto pelo antigo fil\u00f3sofo grego Arist\u00f3teles: h\u00e1 uma proposi\u00e7\u00e3o b\u00e1sica em cada sistema, que n\u00e3o pode ser violada ou exclu\u00edda. O primeiro princ\u00edpio \u00e9 na verdade um termo filos\u00f3fico proposto pelo antigo fil\u00f3sofo grego Arist\u00f3teles: h\u00e1 uma proposi\u00e7\u00e3o b\u00e1sica em cada sistema, que n\u00e3o pode ser violada ou apagada.<\/div>\n
Figura 1 Arist\u00f3teles<\/div>\n

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No campo da ci\u00eancia dos materiais, o primeiro princ\u00edpio refere-se ao princ\u00edpio da intera\u00e7\u00e3o do n\u00facleo at\u00f4mico e do el\u00e9tron e sua lei b\u00e1sica de movimento. Utilizando a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica, a partir dos requisitos espec\u00edficos, ap\u00f3s uma s\u00e9rie de aproxima\u00e7\u00f5es, a equa\u00e7\u00e3o de onda de Schr\u00f5dinger \u00e9 resolvida diretamente para obter a estrutura eletr\u00f4nica. Assim, as propriedades f\u00edsicas e qu\u00edmicas do sistema s\u00e3o obtidas com precis\u00e3o e o estado e as propriedades do sistema microsc\u00f3pico s\u00e3o previstos. No entanto, o processo de solu\u00e7\u00e3o \u00e9 muito dif\u00edcil. Por esta raz\u00e3o, Born-Oppenheimer prop\u00f4s uma aproxima\u00e7\u00e3o adiab\u00e1tica, que \u00e9 considerar todo o problema no movimento de el\u00e9trons e n\u00facleos. Considerando o movimento do n\u00facleo na posi\u00e7\u00e3o instant\u00e2nea, considerando o movimento do n\u00facleo, o el\u00e9tron n\u00e3o \u00e9 considerado. A distribui\u00e7\u00e3o espec\u00edfica do espa\u00e7o. Para sistemas de N el\u00e9trons, a solu\u00e7\u00e3o ainda \u00e9 muito dif\u00edcil, ent\u00e3o uma aproxima\u00e7\u00e3o de um \u00fanico el\u00e9tron \u00e9 proposta, ou seja, apenas um el\u00e9tron \u00e9 considerado, e os demais el\u00e9trons s\u00e3o tratados de forma semelhante a alguma forma de campo potencial, que \u00e9 convertido em um \u00fanico el\u00e9tron. problema eletr\u00f4nico \u00e9 a aproxima\u00e7\u00e3o do campo m\u00e9dio [1, 2].<\/div>\n
O primeiro princ\u00edpio \u00e9 resolver a equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger que descreve a lei do movimento de part\u00edculas microsc\u00f3picas por c\u00e1lculo autoconsistente com base na aproxima\u00e7\u00e3o adiab\u00e1tica e na aproxima\u00e7\u00e3o de um \u00fanico el\u00e9tron. A aproxima\u00e7\u00e3o de Hartree-Fock \u00e9 um tipo de aproxima\u00e7\u00e3o de campo m\u00e9dio que ignora a intera\u00e7\u00e3o entre os el\u00e9trons e trata os el\u00e9trons como movimentos no campo potencial m\u00e9dio do campo potencial i\u00f4nico e outros el\u00e9trons. A aproxima\u00e7\u00e3o limita a precis\u00e3o do c\u00e1lculo. Em 1964, Hohenberg e Kohn propuseram a teoria do funcional da densidade, que expressa sutilmente o potencial relacionado \u00e0 troca entre os el\u00e9trons como uma forma de funcional da densidade, de modo que as propriedades do material podem ser determinadas a partir da densidade eletr\u00f4nica. Desde ent\u00e3o, Kohn e Sham (Shen Lujiu) obtiveram a equa\u00e7\u00e3o de um el\u00e9tron na teoria do funcional da densidade, ou seja, a equa\u00e7\u00e3o de Kohn-Sham (KS), o que torna a teoria do funcional da densidade praticamente aplicada [3, 4]. Este artigo resume o progresso mais recente da aplica\u00e7\u00e3o dos primeiros princ\u00edpios nos seguintes aspectos:<\/div>\n

C\u00e1lculo dos par\u00e2metros e configura\u00e7\u00e3o da estrutura cristalina<\/h2>\n
A estrutura cristalina \u00e9 a base para a compreens\u00e3o das propriedades mais b\u00e1sicas dos materiais, especialmente por revelar a rela\u00e7\u00e3o entre a microestrutura dos materiais e as propriedades intr\u00ednsecas de elasticidade, el\u00e9trons, f\u00f4nons e termodin\u00e2mica.<\/div>\n
Leineweber e T. Hickel et al. utilizou o m\u00e9todo exaustivo para realizar o c\u00e1lculo DFT sobre as poss\u00edveis estruturas de Fe4N e Fe4C, considerando o arranjo fcc dos \u00e1tomos de Fe e a posi\u00e7\u00e3o dos \u00e1tomos de N\/C nos octaedros, onde parte da estrutura pode passar por Bain. A distor\u00e7\u00e3o torna-se est\u00e1vel, e o \u00e1tomo de C exibe uma sequ\u00eancia do tipo Zener em bcc, como mostrado na Fig. 2, e revela a diferen\u00e7a caracter\u00edstica da tend\u00eancia de orienta\u00e7\u00e3o dos \u00e1tomos intersticiais, que \u00e9 consistente com a diferen\u00e7a de estrutura austen\u00edtica observada experimentalmente [5 ].<\/div>\n
Figura 2 arranjo fct (tetragonal centrado na face) de dois \u00e1tomos de Fe (azul)<\/div>\n

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C\u00e1lculo da estabilidade de fase da liga<\/h2>\n
O m\u00e9todo de energia total de primeiros princ\u00edpios baseado na onda plana do superpotencial \u00e9 usado para estudar a estrutura da fase cristalina, e a estabilidade termodin\u00e2mica da microestrutura de diferentes ordens de empilhamento \u00e9 obtida, de modo que a estrutura mais est\u00e1vel que possa existir \u00e9 prevista para ser um novo design e desenvolvimento. Um importante meio de materiais.<\/div>\n
Por exemplo, Zhilin Li, Chunyang Xia et al. conduziram um estudo de primeiro princ\u00edpio sobre a estabilidade de fase de Cu2ZnSnS4, um material de camada absorvedora de c\u00e9lulas solares de filme fino, baseado na teoria do funcional da densidade (DFT), usando PBE sob aproxima\u00e7\u00e3o de gradiente generalizado (GGA). Os par\u00e2metros de rede e energia total do sistema de liga Cu-Zn-Sn-S foram calculados pelo potencial de correla\u00e7\u00e3o de troca, e o modelo de c\u00e1lculo e energia de gera\u00e7\u00e3o de poss\u00edveis fases na liga Cu-Zn-Sn-S foram estabelecidos. Os resultados s\u00e3o mostrados na Fig. 3 e Tabela 1. Como mostrado, este estudo fornece orienta\u00e7\u00e3o para o projeto de ligas Cu-Zn-Sn-S para c\u00e9lulas solares compostas de filme fino. O modelo e o m\u00e9todo de c\u00e1lculo tamb\u00e9m podem ser estendidos para a previs\u00e3o de estabilidade de fase de outros sistemas de ligas [6].<\/div>\n
Fig.3 Modelo de estrutura de super-rede de 64 defeitos de substitui\u00e7\u00e3o de ZnCu<\/div>\n

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Tabela 1 Estrutura de super-rede otimizada e resultados de c\u00e1lculo da energia total<\/div>\n

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Estrutura eletr\u00f4nica<\/h2>\n
Para estruturas est\u00e1veis, o c\u00e1lculo da distribui\u00e7\u00e3o de densidade eletr\u00f4nica de val\u00eancia dos materiais \u00e9 importante para entender o grau de liga\u00e7\u00e3o e ioniza\u00e7\u00e3o entre os \u00e1tomos.<\/div>\n
Benkabou e H. Rached et al. usou o primeiro princ\u00edpio para calcular CoRhMnZ quatern\u00e1rio (Z = Al, Ga, Ge e Si) ligas de Heusler (uma classe de compostos intermet\u00e1licos, que podem ser descritos como X2YZ ou XX0YZ, onde X, X0 e Y \u00e9 um elemento de metal de transi\u00e7\u00e3o, Z \u00e9 um elemento do grupo III, IV ou V, geralmente cont\u00e9m elementos n\u00e3o ferromagn\u00e9ticos, mas o composto exibe estrutura eletr\u00f4nica ferromagn\u00e9tica, calculada usando o m\u00e9todo de onda plana afixada linear de potencial completo (FLAPW) e aproxima\u00e7\u00e3o GGA-PBE. A Figura 4 mostra os resultados dos c\u00e1lculos de densidade de estado para as estruturas correspondentes, mostrando que esses compostos exibem ferro\u00edm\u00e3s semi-met\u00e1licos em alguns estados, compostos CoRhMnGe e CoRhMnSi e seus momentos magn\u00e9ticos s\u00e3o basicamente consistentes com a lei de Slater-Pauling, indicando seus semi-met\u00e1licos propriedades. Alta polariza\u00e7\u00e3o de spin, al\u00e9m do CoRhMnSi, esses compostos s\u00e3o est\u00e1veis na estrutura YI [7].<\/div>\n
Fig. 3 Densidade total e densidade local de estados de CoRhMnZ (Z = Al, Ga, Ge e Si) estruturas est\u00e1veis<\/div>\n

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Can\u00e7\u00e3o et ai. usou o primeiro princ\u00edpio para estudar a estrutura eletr\u00f4nica do filme de TiN. Conforme mostrado na Figura 4, a banda foi simulada pelo programa Studio Studio (MS) e calculada a densidade total de estados (DOS), fun\u00e7\u00e3o diel\u00e9trica e absor\u00e7\u00e3o. E refletividade.<\/div>\n
Os resultados mostram que a energia de Fermi (EF) passa pela banda de energia com distribui\u00e7\u00e3o de n\u00edveis de energia densa, e a densidade total de estados se cruza com EF, indicando que o TiN \u00e9 determinado pelas propriedades eletr\u00f4nicas do estado Ti-3d por ter propriedades metal\u00f3ides [8 ].<\/div>\n
Fig. 4 Estrutura da banda de energia do filme TiN (a), densidade total (b) e densidade local (c)<\/div>\n

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C\u00e1lculo de propriedades mec\u00e2nicas<\/h2>\n
A constante el\u00e1stica Cij \u00e9 um par\u00e2metro b\u00e1sico que descreve as propriedades mec\u00e2nicas dos materiais. Est\u00e1 intimamente relacionado a fen\u00f4menos s\u00f3lidos b\u00e1sicos, como liga\u00e7\u00f5es interat\u00f4micas, equa\u00e7\u00f5es de estado e espectros de f\u00f4nons, bem como propriedades termodin\u00e2micas, como calor espec\u00edfico, expans\u00e3o t\u00e9rmica, temperatura de Debye e par\u00e2metros de Gr\u00fcneisen. Relacionado. Teoricamente, existem 21 constantes el\u00e1sticas independentes Cij, mas a simetria do cristal c\u00fabico reduz esse valor para apenas 3 (C11, C12 e C44), e o m\u00f3dulo de cisalhamento G, o m\u00f3dulo de Young E e Poisson s\u00e3o derivados das constantes el\u00e1sticas. Raz\u00e3o n, ent\u00e3o estime a temperatura de Debye a partir da velocidade m\u00e9dia do som Vm:<\/div>\n
Onde H \u00e9 a constante de Planck, KB \u00e9 a constante de Boltzmann, Va \u00e9 o volume at\u00f4mico e Vm pode ser determinado pelas velocidades do som longitudinal e lateral vl e vt obtidas pelo m\u00f3dulo de cisalhamento G e o m\u00f3dulo de volume B na equa\u00e7\u00e3o de Navier. .<\/div>\n
Por exemplo, Shuo Huang et al. combinaram o primeiro princ\u00edpio para determinar os par\u00e2metros el\u00e1sticos e a resist\u00eancia \u00e0 tra\u00e7\u00e3o ideal da fase de solu\u00e7\u00e3o s\u00f3lida c\u00fabica de corpo centrado de liga de alta entropia FeCrCoMnAlx (0,6\u2264\u22641,5) na dire\u00e7\u00e3o [001]. Os resultados s\u00e3o mostrados na Fig. 5. Dentro da faixa composicional considerada, a estrutura bcc apresentou menor energia do que os estados ferromagn\u00e9ticos e paramagn\u00e9ticos das estruturas fcc e hcp. Com base na temperatura te\u00f3rica de Curie, espera-se que todas as ligas sejam ferromagn\u00e9ticas \u00e0 temperatura ambiente, e a resist\u00eancia \u00e0 tra\u00e7\u00e3o ideal na dire\u00e7\u00e3o [001] deve ser de 7,7 GPa a uma tens\u00e3o m\u00e1xima de cerca de 9%. A for\u00e7a pode ser aumentada diminuindo a concentra\u00e7\u00e3o de Al. [9].<\/div>\n
Fig.5 Constante el\u00e1stica, temperatura de Debye e curva tens\u00e3o-deforma\u00e7\u00e3o da liga de alta entropia FeCrCoMnAlx<\/div>\n

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C\u00e1lculo de propriedades de superf\u00edcie ou interface<\/h2>\n
Recentemente, Yu Lu et al. usaram o metal de adi\u00e7\u00e3o de brasagem composta Sn9Zn-1Al2O3-xCu para brasar a liga de alum\u00ednio 6061 e estudaram o efeito da adi\u00e7\u00e3o de elemento Cu e part\u00edculas de Al2O3 no desempenho da brasagem. Com base na teoria do funcional da densidade (DFT) e GGA-PBE, os c\u00e1lculos de primeiros princ\u00edpios foram realizados na estrutura interfacial, energia interfacial, \u00e2ngulo de contato e propriedades eletr\u00f4nicas de Al2O3\/Sn9Zn. Os c\u00e1lculos mostram que Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu e Sn9Zn-1Al2O3-6Cu possuem uma estrutura est\u00e1vel, e os resultados correspondentes s\u00e3o mostrados nas Figuras 6 e 7 [10].<\/div>\n
Figura 6. Planos de contorno com diferentes diferen\u00e7as de densidade de carga para diferentes estruturas:\uff08a\uff09Sn9Zn\u20141Al2O3\uff0c\uff08b\uff09Sn9Zn\u20141Al2O3-4.5Cu<\/div>\n

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Figura 7 Densidade de estado localizada de diferentes estruturas:\uff08a\uff09Sn9Zn-1Al2O3, (b) Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu<\/div>\n

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Outras aplica\u00e7\u00f5es<\/h2>\n
Por exemplo, Kulwinder Kaur et al. usou a teoria do funcional da densidade (DFT) e a teoria da transmiss\u00e3o de Boltzmann para estudar as propriedades termoel\u00e9tricas de alta temperatura do fcc HfRhSb. As Figuras 8 e 9 mostram a estrutura da banda de energia calculada e densidade de estados, bem como alguns par\u00e2metros f\u00edsicos. A teoria das caracter\u00edsticas de transmiss\u00e3o come\u00e7a com o c\u00e1lculo da estrutura de banda, a teoria de transmiss\u00e3o de Boltzmann na banda r\u00edgida e a aproxima\u00e7\u00e3o do tempo de relaxa\u00e7\u00e3o constante (RTA). A aproxima\u00e7\u00e3o de banda de desempenho r\u00edgido (RBA) \u00e9 uma ferramenta eficaz para estudar a rela\u00e7\u00e3o entre estrutura de banda e resposta termoel\u00e9trica [11].<\/div>\n
Figura 8 (a) estrutura de banda de energia (b) densidade total do estado local (c) dispers\u00e3o de f\u00f4nons (d) DOS de f\u00f4nons<\/div>\n

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Figura 9 Coeficiente de Seebeck, condutividade, condutividade t\u00e9rmica e efici\u00eancia termoel\u00e9trica ZT em fun\u00e7\u00e3o da temperatura<\/div>\n

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Refer\u00eancia<\/h2>\n
1.Heisenberg W. Reinterpreta\u00e7\u00e3o te\u00f3rica qu\u00e2ntica de rela\u00e7\u00f5es cinem\u00e1ticas e mec\u00e2nicas [J]. Z Phys, 1925, 33: 879<\/div>\n
2. Schrodinger E, Quantisierung als eigenwertproblem I [J]. Ann der Phys, 1926, 9: 361<\/div>\n
3.Hohenberg P, Kohn W. G\u00e1s de el\u00e9trons n\u00e3o homog\u00eaneo [J]. Phys Rev B, 1964, 136(3): 864<\/div>\n
4.Kohn W, Sham L J. Equa\u00e7\u00f5es auto-consistentes, incluindo efeitos de troca e correla\u00e7\u00e3o [J]. Phys Rev A, 1965, 140(4): 1133<\/div>\n
5.Leineweber, T. Hickel, B. Azimi-Manavi, SB Maisel\uff0cEstruturas de cristal de Fe4C vs. Fe4N analisadas por c\u00e1lculos DFT: superestruturas intersticiais baseadas em Fcc exploradas [J], Acta Materialia 140 (2017) 433-442<\/div>\n
6. Zhilin Li, Chunyang Xia, Zhengping Zhang, Meiling Dou, Jing Ji, Ye Song, Jingjun Liu, Feng Wang\uff0cEstudo de primeiro princ\u00edpio sobre a estabilidade de fase de kesterita Cu2ZnSnS4 para c\u00e9lulas solares de filme fino com composi\u00e7\u00e3o fora estequiom\u00e9trica [J]\uff0c Jornal de Ligas e Compostos 768 (2018) 644-651<\/div>\n
7. Benkabou, H. Rached, A. Abdellaoui, D. Rached, R. Khenata, MH Elahmar, B. Abidri, N. Benkhettou, S. Bin-Omran\uff0cEstrutura eletr\u00f4nica e propriedades magn\u00e9ticas de ligas de Heusler quatern\u00e1rias CoRhMnZ (Z = Al, Ga, Ge e Si) por meio de c\u00e1lculos de primeiro princ\u00edpio [J]\uff0cJournal of Alloys and Compounds 647 (2015) 276-286<\/div>\n
8.Huijin Song, Peng Gu, Xinghua Zhu, Qiang Yan, Dingyu Yang\uff0cEstudo sobre a estrutura eletr\u00f4nica e propriedades \u00f3pticas de filmes de TiN com base no primeiro princ\u00edpio [J]\uff0cPhysica B: Condensed Matter 545 (2018) 197\u2013202<\/div>\n
9.Shuo Huang, Xiaoqing Li, He Huang, Erik Holmstro\u20acm, Levente Vitos, Desempenho mec\u00e2nico de ligas de alta entropia FeCrCoMnAlx de primeiro princ\u00edpio [J], Qu\u00edmica de Materiais e F\u00edsica 210 (2018) 37-42<\/div>\n
10.Yu Lu, Le Ma, Shu-yong Li, Wei Zuo, Zhi-qiang Ji, Min Ding\uff0cEfeito da adi\u00e7\u00e3o do elemento Cu no comportamento interfacial e propriedades mec\u00e2nicas de Sn9Zn-1Al2O3 soldando ligas de alum\u00ednio 6061: C\u00e1lculos de primeiro princ\u00edpio e pesquisa experimental [J]\uff0cJournal of Alloys and Compounds 765 (2018) 128-139<\/div>\n
11.Kulwinder Kaur, Ranjan Kumar, DP Rai, Uma resposta termoel\u00e9trica promissora do composto HfRhSb meio Heusler em alta temperatura: Um primeiro estudo de princ\u00edpio [J], Journal of Alloys and Compounds 763 (2018) 1018-1023<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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The first principle is actually a philosophical term put forward by the ancient Greek philosopher Aristotle: there is a basic proposition in each system, which cannot be violated or deleted.The first principle is actually a philosophical term put forward by the ancient Greek philosopher Aristotle: there is a basic proposition in each system, which cannot…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1785"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1785"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1785\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1785"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1785"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1785"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}