几种功能材料的高压相及奇异特性的第一性原理计算研究的开题报告.pdf

几种功能材料的高压相及奇异特性的第一性原理计

算研究的开题报告

一、研究背景

材料科学与工程领域中的功能材料是一类具有优异性能、具备一定

的应用价值的材料。常见的功能材料包括锂离子电池负极材料、非晶材

料、超导材料、储氢材料等。这些材料在能量存储、数据存储、医疗健

康、环境保护等领域都有广泛的应用。

高压相是指在高压条件下形成的一些新的晶态结构，容易出现新的

奇特物性。随着计算机技术和材料计算方法的不断发展，利用第一性原

理计算方法可以探究高压相材料的奇异物性，如高温超导、磁性、光电

性质等。因此，对高压相进行研究不仅有助于深入理解材料的基础物理

性质，也有助于发现新的功能材料。

二、研究内容

本研究将利用第一性原理计算方法，借助材料模拟软件，研究几种

功能材料在高压条件下的相变及其相应奇异特性。主要研究内容包括：

1.研究对象的选择：选择几种功能材料，如锂离子电池负极材料、

非晶材料、超导材料和储氢材料等。

2.第一性原理计算模拟：采用密度泛函理论和平面波基组方法，结

合VASP计算软件，模拟各材料在高压条件下的相变及其相应的奇特物性。

通过计算求解材料的能带结构、密度分布等关键参数，获得相应的物理

性质。对于某些具有特殊电子结构和磁性等物性的材料，通过计算有关

的晶格参数、自旋-轨道耦合、自旋交换等信息，探究它们在高压相下形

成超越基态的奇特物性。

三、研究意义

本研究不仅有助于深入理解功能材料的基础物理性质，还有可能探

索出新的高压相材料并发现新的奇特物性。有了对材料物性的深入了解，

就有助于优化材料的设计和制备。例如，通过对锂离子电池负极材料的

研究，可以有效提高电池的性能，促进其应用，实现绿色能源的可持续

发展。

四、研究方法

本研究采用的主要方法为第一性原理计算方法，主要包括：

1.密度泛函理论（DFT）：是描述材料中电子的运动的基础理论，是

计算材料物性的基础方法。

2.平面波基组方法：是一种计算电子结构的方法。相比较其他方法，

它能够精确地计算很多材料的电子结构，具有较高的精度。

3.软件工具：VASP计算软件，是一种基于密度泛函理论的第一性原

理计算软件，用来计算材料的物理性质。

五、研究进度安排

本研究的进度计划如下：

1.前期调研（2周）：对研究内容进行深入了解，寻找相关文献资料。

2.受理材料（3周）：针对所选材料的计算条件，设计模拟实验方案，

建模模拟模型。在原始模型的基础上确定计算模型，包括晶格结构、杂

质、差异等。

3.计算模拟（6周）：进行第一性原理计算模拟，模拟选择模型，在

不同结构下进行计算，确定高压相的出现条件，并探究其奇特物性。

4.数据分析和结果展示（3周）：对计算得到的物理量和数据进行归

纳、统计和分析，并通过示意图、图表等形式展示研究结果。

5.论文撰写和答辩（4周）：根据研究情况撰写科研论文，准备答辩

所需资料，进行学术交流。