(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210942159.X (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 电子科技大 学长三角研究院 （湖州） 地址 313000 浙江省湖州市西塞山路819号 科技创新综合体B1幢 (72)发明人 肖海燕　靳若砚　李梦璐　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 唐莉梅 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G16C 10/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种模拟材 料结构非晶化的新方法 (57)摘要 本发明属于材料结构非晶化技术领域， 提供 了一种模拟材料结构非晶化的新方法。 包括： 对 理想环境下的材料进行从头算分子动力学模拟， 得到模拟后的晶胞结构； 采用相同的模拟温度和 模拟时间， 改变体系的电子激发浓度， 对材料进 行从头算分子动力学模拟； 获取模拟过程中体系 的温度和能量的变化趋势， 判断模拟后体系的温 度和能量是否达到平衡； 若所述体系的温度和能 量达到平衡， 则利用Ovito  Basic软件获取所述 体系中原子径向分布函数； 否则， 回到开始的步 骤， 延长模拟时间再次进行模拟， 直至经过从头 算分子动力学模拟后体系的温度和能量达到平 衡。 本发明操作简单， 成本低， 易于实现， 适合推 广应用。 权利要求书1页 说明书6页 附图7页 CN 115440319 A 2022.12.06 CN 115440319 A 1.一种模拟材料结构非晶化的新方法， 其特征在于， 所述模拟材料结构非晶化的新方 法包括： 步骤一， 对理想环境下的材 料进行从头算分子动力学模拟， 得到模拟后的 晶胞结构； 步骤二， 采用与步骤一相同的模拟 温度和模拟时间， 改变体系的电子激发浓度， 对材料 进行从头算分子动力学模拟， 得到模拟后的 晶胞结构； 步骤三， 获取模拟过程中体系的温度和能量的变化趋势， 判断经过从头算分子动力学 模拟后体系的温度和能量是否 达到平衡； 步骤四， 若经过从头算分子动力学模拟后体系的温度和能量达到平衡， 转向步骤五； 否 则， 返回步骤一， 并延长模拟时间， 直至经过从头算分子动力学模拟后体系的温度和能量达 到平衡； 步骤五， 利用Ovito  Basic软件获取 所述体系中原子径向分布函数。 2.如权利要求1所述模拟材料结构非晶化的方法， 其特征在于， 所述步骤一中， 对理想 环境下的材 料进行从头算分子动力学模拟包括： (1)根据晶格常数和原子坐标， 构建UO2的初始结构； 设置参数IBRION＝2， ISIF＝3， ENCUT＝500eV， K点取1 ×1×1， 进行所述体系磁矩的测试， 确定从头算分子动力学模拟计算 中使用的磁矩； (2)基于步骤(1)确定的参数， 对UO2超胞进行从头算分子动力学模拟计算， 模拟时间为 3ps,模拟温度为300 K， 设置参数IBRI ON＝0， POT IM＝1.5， AL GO＝very  fast， K点取 1×1×1， 采用PBEso l泛函， 能量和力的收敛 标准分别为1 ×10‑4eV以及 3.如权利要求1所述模拟材 料结构非晶化的方法， 其特 征在于， 所述 步骤二包括： (1)设置参数NELECT＝790， IBRION＝0， POTIM＝1.5， ALGO＝very  fast， K点取1 ×1×1， 采用PBEsol泛函， 能量和力的收敛标准分别为1 ×10‑4eV以及 对材料进行从 头算分子动力学模拟； (2)设置参数NELECT＝748， IBRION＝0， POTIM＝1.5， ALGO＝very  fast， K点取1 ×1×1， 采用PBEsol泛函， 能量和力的收敛标准分别为1 ×10‑4eV以及 对材料进行从 头算分子动力学模拟； (3)设置参数NELECT＝707， IBRION＝0， POTIM＝1.5， ALGO＝very  fast， K点取1 ×1×1， 采用PBEsol泛函， 能量和力的收敛标准分别为1 ×10‑4eV以及 对材料进行从 头算分子动力学模拟。 4.如权利要求1所述模拟材料结构非晶化的方法， 其特征在于， 所述步骤四中， 经过从 头算分子动力学模拟后体系的温度和能量达到平衡为所述体系的温度和能量在某一固定 平均值附近振荡。 若该体系的温度和能量未达到平衡， 延长从头算分子动力学模拟计算模拟时间， 增加 从头算分子动力学模拟步数， 即 设置参数NSW， 并保持模拟时间步长1.5fs不变。 5.如权利要求1所述模拟材料结构非晶化的方法， 其特征在于， 所述步骤五中， 利用 Ovito Basic获取 所述体系中原子径向分布函数包括： 根据径向分布函数公式ρ 4 πr2dr， 利用Ovito  Basic软件得到体系的原子径向分布函数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115440319 A 2一种模拟材料 结构非晶化的新 方法 技术领域 [0001]本发明属于材料结构非晶化技术领域， 尤其涉及 一种模拟材料结构非晶化的新方 法。 背景技术 [0002]世界经济 的现代化， 得益于化石能源， 如石油、 天然气与煤炭的广泛应用。 因而它 是建筑在化石能源基础之上 的一种经济。 然而， 这一经济的资源载体将在21世纪上半叶接 近枯竭， 最终可能造成世界经济的衰退。 除此以外， 化石能源的大量使用带来了大气污染、 水污染以及土地污染等环境问题。 因而， 随着能源危机的到来， 以及环境污染对 人类生产生 活产生的巨大影响， 世界各国对清洁能源和可再生能源的需求持续增长。 核能作为一种 可 持续发展的清洁能源受到了人们的广泛关注， 而探索具有更高的热导率、 更好的化学稳定 性以及更强的抗辐照性能的核燃料成为 这一研究领域的重要议题。 [0003]具有良好抗辐照性能的材料可以防止其在辐照 环境下发生材料结构非晶化， 进而 影响核燃料的性能、 以及 核裂变产物在核燃料中的一系列行为。 因此， 研究材料的抗辐照性 能是探索潜在核燃料 的一个重要研究领域。 而一种 材料在辐照环境下发生结构非晶化， 主 要是由于体系中原子间相互碰撞、 电子受到激发、 以及电离作用等引起的。 据报道， 在300K 的环境温度下， 2％的电子激发浓度可以引起钛酸盐烧绿石 材料的结构非晶化； 在200K的环 境温度下， 1.6％的电子激发浓度可以引起La2Zr2O7材料的结构非晶化。 由此可以看出， 在一 定的环境温度下， 改变电子激发浓度可以导致材料结构非晶化， 这为从理论上模拟材料结 构非晶化提供了新的研究思路。 另一方面， 现有技术在解决这一领域的问题时， 多为采用模 拟纳米压痕技术探究材料是否发生结构非晶化， 该方法过程繁琐、 不易 实现， 且无法大规模 推广应用。 发明内容 [0004]针对现有技 术存在的问题， 本发明提供了一种模拟材 料结构非晶化的新方法。 [0005]本发明所述模拟材 料结构非晶化的新方法的技 术方案包括： [0006]步骤一， 对理想环境下的材料进行从头算分子动力学模拟， 得到模拟后的晶胞结 构； [0007]步骤二， 采用与步骤一相同的模拟温度和模拟时间， 改变体系的电子激发浓度， 对 材料进行从头算分子动力学模拟， 得到模拟后的 晶胞结构； [0008]步骤三， 获取模拟过程中体系的温度和能量的变化趋势， 判断经过从头算分子动 力学模拟后体系的温度和能量是否 达到平衡； [0009]步骤四， 若经过从头算分子动力学模拟后体系的温度和能量达到平衡， 转向步骤 五； 否则， 返回步骤一， 并延长模拟时间， 直至经过从头算分子动力学模拟后体系的温度和 能量达到平衡； [0010]步骤五， 利用Ovito  Basic软件获取 所述体系中原子径向分布函数。说　明　书 1/6 页 3 CN 115440319 A 3