利用materials_studio中得CASTEP模块预测锗的热力学性质24页PPT
热力学全套课件pptx2024新版
辐射传热定律
基尔霍夫定律、普朗克定律、斯特藩-玻尔兹曼定 律等，描述了辐射传热的基本规律和特性。
辐射传热的应用
在太阳能利用、红外测温、激光技术等领域广泛 应用。
综合传热问题解决方法探讨
综合传热问题
涉及热传导、对流和辐射传热的复杂问题，需要考虑多种 传热机制的相互作用和影响。
03
开放系统
与外界既有能量交换，又有物 质交换的系统。
状态参量与平衡态
01
状态参量
描述系统状态的物理量，如体 积、压强、温度等。
系统在没有外界影响的条件下， 各部分的宏观性质不随时间变化
的状态。
02
平衡态
热力学第零定律与温度概念
热力学第零定律
如果两个系统与第三个系统各自 处于热平衡，则它们之间也必定 处于热平衡。
热力学全套课件pptx
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体性质与应用 • 相变与化学反应热力学 • 热传导、对流和辐射传热机制剖析
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类
01
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的 系统。
02
封闭系统
与外界只有能量交换，没有物 质交换的系统。
范德华方程的适用范围
适用于中低压、中低温条件下的真实气体行为描述。在高压或低温条件下，需要考虑更复 杂的分子间相互作用和量子效应。
05
相变与化学反应热力学
相平衡条件及相变潜热计算
相平衡条件
在相变过程中，物质各相之间达到平衡 状态的条件。包括温度、热计算
第一原理计算方法简介及MaterialsStudio中Castep使用
第一原理计算方法简介
第一性原理方法（First-principles
method），有时候也称为从头计算（ab initio），其基本思想是将多原子构成的体
系当作电子和原子核（或原子实）组成的多 粒子系统，从量子力学第一性原理（多电子 体系的Schrödinger方程）出发，对材料 进行“非经验性”的模拟。原则上，第一性 原理方法无可调经验参数，只用到几个基本
第一原理常用计算软件
根据对势函数及内层电子的处理方法不同 主要分为两大类，一种是波函数中包含了 高能态和内层电子，而势函数只是原子核 的贡献，这称为全电子（all electron calculation）法，另一种处理方法是势函 数为原子核和内层电子联合产生的势，称 为离子赝势，波函数只是高能态电子的函 数，这称为赝势（pseudo-potential）法。
密度泛函理论
赝势(pseudo potential) 赝势就是把离子实的 内部势能用假想的势能 取代真实的势能，但在 求解波动方程时，不改 变能量本征值和离子实 之间区域的波函数。模 守恒赝势NCP (Norm Conserving Pseudopotential) 和 超软赝势 USPP(Ultrasoft Pseudoptential)
密度泛函理论
Hohenberg-Kohn第一定理指出体系的基态能量仅仅是电子密度 的泛函。 Hohenberg-Kohn第二定理证明了以基态密度为变量，将体系能 量最小化之后就得到了基态能量。
根据以上两定理，将薛定谔方程转变为Kohn-Sham 方程
密度函数
电子与原子核间的库仑势 电子间的库仑势 交换关联势 （未知）
中科大MaterialsStudio培训教程
目的: 介绍CASTEP中的构造优化， 使用立体可视化工具显示等值面 模块: Materials Visualizer, CASTEP 前提: 使用晶体建模工具
背景 密度泛函理论 (DFT)在周期性大尺度材料上应用的进展，对材料设计和加工
越来越重要。该理论使得研究者能对实验数据进展解释；并从未知晶体的构造性 质、结合能和外表分子的活动性确定材料的本征性质。这些理论工具可用于指导 新材料的设计，帮助研究者了解内在的化学和物理过程。
典型的应用包括外表化学，键构造，态密度和光学性质等研究， CASTAP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。此 外， CASTAP可用于有效研究点缺陷〔空位，间隙和置换杂质〕 和扩展缺陷〔如晶界和位错〕的性质。
Material Studio使用组件对话框中的CASTAP选项允许准备， 启动，分析和监测CASTAP服役工作。
中科大MaterialsStudio培训教程
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CASTEP概述
关于CASTAP
CASTEP概述
选择Properties标签，可从中指定我们想要计算的属性。选中Band structure和Density of states。另外，我们也可以具体指明job control选项，例如实时更新等。
CASTEP概述
关于CASTAP
CASTAP是特别为固体材料学而设计的一个现代的量子力学基本 程序，其使用了密度泛函(DFT）平面波赝势方法，进行第一原理量 子力学计算，以探索如半导体，陶瓷，金属，矿物和沸石等材料的 晶体和表面性质。
典型的应用包括表面化学，键结构，态密度和光学性质等研究， CASTAP也可用于研究体系的电贺密度和波函数的3D形式。此外， CASTAP可用于有效研究点缺陷（空位，间隙和置换杂质）和扩展 缺陷（如晶界和位错）的性质。
加到指定的位置，其对话框如下：
在Add Atoms对话框中选择Options标签，确定Coordinate system为Fractional。如上所示。选择Atoms标签，在Element文
本框中键入Al，然后按下Add按钮。铝原子就添加到结构中了。
在Element文本框中键入As。在a, b, c文本框中键入0.25。按 Add按钮。关闭对话框。
注意： CASTAP仅能在3D周期模型文件基础上进行计算，必须构建超单胞，以便研 究分子体系。
提示： CASTAP计算所需时间随原子数平方的增加而增加。因此，建议是用最小的初
晶胞来描述体系，可使用Build\Symmetry\Primitive Cell菜单选项来转换成初晶胞。
➢ 计算设置：合适的3D模型文件一旦确定，必须选择计算类型 和相关参数，例如，对于动力学计算必须确定系综和参数，包括温 度，时间步长和步数。选择运行计算的磁盘并开始CASTAP作业。
热分析ppt幻灯片课件(2024)
2024/1/28
26
化学反应动力学研究
01
反应速率常数测定
通过热分析技术，可以测定化学 反应的速率常数，了解反应在不 同温度下的速率变化。
02
反应活化能计算
03
反应机理研究
利用热分析数据，可以计算化学 反应的活化能，揭示反应发生的 难易程度。
结合热分析结果，可以推测化学 反应的可能机理，为深入理解反 应过程提供依据。
2024/1/28
拟合函数选择
根据数据特点选择合适的拟合函数，如多项式、指数、对数等。
拟合参数求解
利用最小二乘法等数学方法求解拟合参数，使拟合曲线与实际数据 最佳匹配。
拟合优度评估
通过计算相关系数、残差平方和等指标评估拟合效果。
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结果解析与讨论
峰归属与物质鉴定
根据峰位、峰形等信息推断物质种类及结构 。
28
07
热分析在其他领域的 应用
2024/1/28
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地质学领域应用
矿物鉴定
通过热分析技术可以鉴定矿物的种类和成分，为地质学研究提供重 要依据。
岩石学研究
利用热分析技术对岩石进行加热和冷却过程中的物理和化学变化研 究，有助于了解岩石的形成和演化过程。
地球化学研究
热分析技术可用于研究地球内部物质的热性质和热反应，揭示地球内 部物质循环和能量传递的机制。
2024/1/28
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生物学领域应用
2024/1/28
生物大分子研究
通过热分析技术可以研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的热稳 定性和热变性行为，了解生物大分子的结构和功能关系。
生物组织研究
利用热分析技术对生物组织进行加热过程中的物理和化学变化研究 ，有助于了解生物组织的结构和功能特性。
castep动力学计算
castep动力学计算标题：探索材料科学领域的新篇章：CASTEP动力学计算导语：材料科学领域一直在追求新材料的发现和性能优化，而CASTEP动力学计算作为一种重要的计算方法，为材料科学家们提供了强大的工具。
本文将从人类的视角出发，探索CASTEP动力学计算的应用和意义，希望为读者带来全新的科学发现之旅。
1. 引言材料科学是一门关乎人类生活的重要学科，通过对材料微观结构与性能的研究，可以提升生活质量和推动社会发展。
而CASTEP动力学计算作为一种先进的计算方法，能够模拟和预测材料的结构和性质变化，为材料科学家们提供了强有力的支持。
2. CASTEP动力学计算的原理CASTEP动力学计算基于第一性原理，通过求解薛定谔方程来描述材料的电子结构和原子核的运动。
通过计算材料的势能面、原子间的相互作用和能量变化等信息，可以预测材料的结构演化、相变和响应性质等重要参数。
3. CASTEP动力学计算的应用3.1 新材料的发现CASTEP动力学计算能够通过模拟材料的结构和性质变化，帮助科学家们发现新材料。
通过对材料的能带结构、电子密度等进行计算，可以预测材料的电子性质，从而为新材料的设计和合成提供指导。
3.2 材料性能的优化除了新材料的发现，CASTEP动力学计算还能够帮助科学家们优化已有材料的性能。
通过调整材料的晶格结构、掺杂或添加其他元素，可以改变材料的光学、电子、磁性等性质，从而提高材料的应用性能。
4. CASTEP动力学计算的意义4.1 省时高效CASTEP动力学计算能够在计算机上模拟材料的结构和性质变化，避免了传统实验方法的耗时和耗费资源的缺点。
科学家们可以通过计算快速地获取材料的相关信息，从而指导实验工作的开展。
4.2 推动科学发展CASTEP动力学计算的应用不仅可以帮助科学家们解决材料科学中的问题，还能够推动科学的发展。
通过计算模拟和预测，科学家们可以更好地理解材料的性质和行为规律，为材料科学的理论研究提供新的思路和方法。
CASTEP概述
几何优化方法 在默认条件下，CASTAP使用BFGS几何优化方法。该方法通 常提供了寻找最低能量结构的最快途径，这是支持CASTAP单 胞优化的唯一模式。 衰减分子动力学（ Damped molecular dynamics）方法是 另一种可以选择的方法，该方法对具有平滑势能表面的体系如 分子晶体或表面分子与BFGS同样有效。
如果要进行单胞参数固定时进行几何优化运行和要检查点 阵偏离平衡的程度，这些信息是有用的。例如，可进行符合于 给定体系理论基态的固定单胞的点缺陷的超晶胞研究。几何优 化后的应力值显示了与超单胞近似相关联的弹性效应。 注意：为计算某种性质，从适当模拟得到的结果文档必须以当 前的文件夹形式出现。
用第一原理预测AIAs的晶格参数
1.
构建AlAs的晶体结构
空间群是F-43m
Al的分数坐标：(0 0 0） (1/2 1/2 0) (1/2 0 1/2) （0 1/2 1/2） As的分数坐标：(3/4 3/4 3/4） (1/4 1/4 3/4) (1/4 3/4 1/4) （3/4 1/4 1/4）
（1/4 3/4 1/4）
单击此图标， 然后可旋转 晶格，显示 其立体结构。
从菜单栏中选择Build | Add Atoms。通过它，我们可以把原子添 加到指定的位置，其对话框如下：
在Add Atoms对话框中选择Options标签，确定Coordinate system为Fractional。如上所示。选择Atoms标签，在Element文 本框中键入Al，然后按下Add按钮，铝原子就添加到结构中了。
CASTAP性质任务
CASTAP性质任务允许在完成能量，几何优化或动力学运行之后求出电 子和结构性质。可以产生的性质如下：
材料研究方法Materials studio
Dmol3与CASTEPDmol3是独特的密度泛函理论量子力学软件，可以研究气相、溶液、表面和固体系统。
由于它独特的静电学近似，Dmol3一直是最快的分子密度泛函计算方法之一，使用非局域化的分子内坐标，可以快速优化分子和固体系统的结构。
使用LST/QST算法和共扼梯度结合，Dmol3可以有效地搜索过渡态，避免了耗时的黑塞矩阵的计算。
过渡态搜索功能可以应用于分子和周期系统。
CASTEP基于总能量的平面波赝势理论，运用原子数目和种类来预测包括晶格参数、分子对称性、结构性质、能带结构、固态密度、电荷密度和波函数、光学性质。
高效并行版本可以模拟包含数百原子的大系统。
1．建立机构模型（1）File-new-3D atomistic（2）build-crystal-build crystal1. 在enter group中选择空间群中输入晶格参数2.add atoms 选择元素输入异类原子坐标2.精修去背底1)Modules-reflex-pattern processing2)Pattern preparation-输入参数-caculate-subtract3)Modules-reflex-pattern refinement先resetType 选 rieteld设置角度在Exp data 中选择数据先修峰pattern（background coefficients 不选，其他都选），再修lattice 晶格，sample（选，，框中选项都选），atoms 等设置显示display3.第一性原理计算1）建立晶胞模型2）进行几何优化，castep中task选3）用castep计算，task选energy，properties 选择要计算的性质如能带结构，态密度，光学性质，轨道，声子（热学），polarization，IR，Raman 光谱等。
4)用castep中analysis分析相应的性质特别注意：振动分析时用Tools- vibrational analysis点击calculate -spectrum计算力学性能1）建立晶胞模型2）进行几何优化，castepcastep-calculation中task选，点击run3) Modules菜单castep-calculation ，点击run 分析：Modules菜单castep-analysis 在properties中选择Elastic Constants，点击caculate能带输出，态密度，拉曼Modules菜单castep-analysis，选择band structure，选择partial，点击view 费米面，轨道选择 femi surface 或orbitals ，点击import光学性质Optical properties 点击calculate ，再点击view。
关于CASTEP
关于CASTEP关于CASTEPCASTEP是特别为固体材料学⽽设计的⼀个现代的量⼦⼒学基本程序，其使⽤了密度泛函(DFT）平⾯波赝势⽅法，进⾏第⼀原理量⼦⼒学计算，以探索如半导体，陶瓷，⾦属，矿物和沸⽯等材料的晶体和表⾯性质。
典型的应⽤包括表⾯化学，键结构，态密度和光学性质等研究， CASTEP也可⽤于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。
此外， CASTEP可⽤于有效研究点缺陷（空位，间隙和置换杂质）和扩展缺陷（如晶界和位错）的性质。
Material Studio使⽤组件对话框中的CASTEP选项允许准备，启动，分析和监测CASTEP 服役⼯作。
计算：允许选择计算选项（如基集，交换关联势和收敛判据），作业控制和⽂档控制。
分析：允许处理和演⽰CASTEP计算结果。
这⼀⼯具提供加速整体直观化以及键结构图，态密度图形和光学性质图形。
CASTEP的任务CASTEP计算是要进⾏的三个任务中的⼀个，即单个点的能量计算，⼏何优化或分⼦动⼒学。
可提供这些计算中的每⼀个以便产⽣特定的物理性能。
性质为⼀种附加的任务，允许重新开始已完成的计算以便产⽣最初没有提出的额外性能。
在CASTEP计算中有很多运⾏步骤，可分为如下⼏组：* 结构定义：必须规定包含所感兴趣结构的周期性的3D模型⽂件，有⼤量⽅法规定⼀种结构：可使⽤构建晶体（Build Crystal)或构建真空板(Build Vacuum Stab)来构建，也可从已经存在的的结构⽂档中引⼊，还可修正已存在的结构。
注意： CASTEP仅能在3D周期模型⽂件基础上进⾏计算，必须构建超单胞，以便研究分⼦体系。
提⽰： CASTEP计算所需时间随原⼦数平⽅的增加⽽增加。
因此，建议是⽤最⼩的初晶胞来描述体系，可使⽤Build\Symmetry\Primitive Cell菜单选项来转换成初晶胞。
* 计算设置：合适的3D模型⽂件⼀旦确定，必须选择计算类型和相关参数，例如，对于动⼒学计算必须确定系综和参数，包括温度，时间步长和步数。
CASTEP模块计算电子态密DOS学习资料PPT课件
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同样，将复制到中。与上面 操作类似，将原子比例改变 如下 Zn:Al=O:N=85:15 在Properties中选择 Symmetry System，可以查 看晶体的成分。
这样就构建了三种浓度的掺杂。
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先计算ZnO。为 当前文件。
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band
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感谢您的观看！
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出现新对话框。单击 Element右侧的图标， 打开元素周期表。
在元素周期表上选Al， 再单击OK。
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将Composition由改为1，单 击OK，对话框关闭。这样， 晶体中Zn:Al=99:1。
单击OK，对话框关闭。
选择一个O。
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双击Properties中的 IsMixtureAtom
虚晶模型 －ZnO:Al透明导电膜
理论基础：
1 3
e2v 2f
f
g(Ef
)
e vf f g(Ef )
电导率 电子电荷 电子的费米速度 费米面上电子的碰撞时间 费米面上的态密度
建立class1017文件夹，在其中建立一个名为ZnO的project。
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双击，使其为当前文件。
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改为球棒结构。关闭对话框。 选择一个Zn。