利用MedeA – Phonon 預測ZrO2結構相變

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發佈日期 2021-07-09


利用MedeA – Phonon 預測ZrO2結構相變

相變是材料的特徵,隨著溫度、壓力等等的變化,材料會呈現不同的形態、特性,微結構可能會發生改變。舉例來說,加熱磁鐵,我們會看到材料的磁性消失;溫度低於一定的值時,許多材料會展現出超導(Superconducting)的特性。結構發生相變是一件很重要的事情,首先不同的相擁有不同的體積,相變時可能有相當大的應力,造成材料破損。另外,不同的相性質可以截然不同,舉最簡單的例子來說,碳的石墨相可導電,而鑽石,卻是半導體;石墨是良好的潤滑劑,而鑽石,卻是最硬的天然材料。

 

拿常見的耐火材料二氧化鋯來說,其常溫時為單斜晶系(Monoclinic);大約在攝氏1500度左右,結構會轉變成四方晶系(Tetragonal),如圖一所示。

 

我們可以利用自由能的觀點來探討材料的許多性質,如熔點、結構相變,利用MedeA – PHONON的強大功能,可以預測材料的熱力學性質、聲子震動穩定性、膨脹係數等等。我們從圖二可以看到,使用常用的PBE泛函,利用MedeA – PHONON的預測,我們可以預測結構相變。若我們考慮材料膨脹下,預測出來的結果大約是1700度。接近實驗值。如果使用更精準的交換關聯泛函,我們預期可以得到更準確的結果。

 

若有任何問題,請洽:cae-md@cadmen.com

圖一: 二氧化鋯之相圖(資料來源: Materials Design, Inc.)

 

圖二:二氧化鋯相轉換預測圖(資料來源: Materials Design, Inc.)

 

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