模拟计算
数值模拟
本中心长期从事熔体结构、晶体生长和异质形核机制方面的模拟研究。
一、熔体结构研究
利用基于密度泛函理论的从头算分子动力学（AIMD）模拟纯铝及铝合金的熔体结构，统计熔体的双体相关函数、配位数，统计熔体的键角分布函数，对熔体内的短程有序和中程有序结构进行表征，研究熔体中原子间的相互作用关系，研究熔体中各类杂质元素在铝熔体中的聚集特性，构建铝合金熔体结构相关的数据库。
图1：Al熔体在973、1123、1223、1273和1373K的结构因子（a）和双体相关函数（b）[J. Ma, Y. Dai, W. Zhou, et al. Short range orders in molten
Al：An ab initio molecular dynamics study[J]. Comput. Mater. Sci., 2014, 93: 97-103]
图2：Al熔体中8种典型的短程序的几何构型（原子上的白点、白的三角形、白的菱形和白的五角形分别代表12xx、13xx、14xx和15xx键对）[J. Ma, Y. Dai, W.Zhou, et al. Short range orders in molten
Al：An ab initio molecular dynamics study[J]. Comput. Mater. Sci., 2014, 93: 97-103]
图3：Al 熔体中心原子周围的键对分布情况；(a) 15xx, (b) 15xx+1431, (c) 13xx，(d) 12xx[J. Ma, Y. Dai, W. Zhou, et al. Short range orders in molten
Al：An ab initio molecular dynamics study[J]. Comput. Mater. Sci., 2014, 93: 97-103]
图4： Al：107X1合金熔体中溶质元素周围1551键对含量与该元素扩散系数的关联关系[J. Yang, J. Zhang, Y. Dai, et al. The migration behavior of the fourth period transition metals in liquid
Al: An ab initio molecular dynamics study[J]. Comput. Mater. Sci., 2017, 130: 183-190.]
图5：Al 107X1合金熔体中X元素d轨道的电子态密度和Al元素p轨道的电子态密度[J. Yang, J. Zhang, Y. Dai, et al. The migration behavior of the fourth period transition metals in liquid
Al: An ab initio molecular dynamics study[J]. Comput. Mater. Sci., 2017, 130: 183-190.]
图6 973K温度下Al-1%Fe合金熔体的结构模型与偏双体相关函数
二、晶体生长研究
利用AIMD方法模拟晶体生长，研究不同生长方向的固液界面结构，研究界面处杂质元素周围的短程有序结构及其对界面结构、界面向液相迁移速度的影响规律，探索提高偏析法除杂效率的新方法。
图7：900K下Al晶体 在（001）方向生长的AIMD模拟
三、异质形核机制研究
利用AIMD方法模拟铝熔体中异质颗粒（如TiB2、ZrB2等）的固液界面，研究其形核能力与形核机制，探索研发适合高性能铝合金制备的高效细化剂。
图8：934 K温度下(a) B 终止和(b) Ti 终止TiB2/Al熔体（固/液）界面区的Z 向原子密度分布曲线, 图中粉、灰色和蓝色原子为B、Al 和Ti 原子