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作者:Ravi
Materials Studio系列教程:
Materials Studio入门到精通[2]:导入晶体结构和调整显示方式
Materials Studio入门到精通[3]:原胞与晶胞的小知识
Materials Studio入门到精通[4]:从无到有建立晶体结构
小MS准时来和大家见面啦,上次用过的ZrO2晶体结构模型没有删掉吧?另外导入金刚石晶体结构也完全没问题的吧?在今天的课程之前给大家一个小任务,大家请打开上次的ZrO2晶体结构模型,然后利用各种显示设置将显示方式调整成下图中的样子。
调整显示方式后
大家都做到了吗,做到的小伙伴请挥起您的小手,让小MS看一下吧。如果还是有些困难,那就看一看上一次的教程,再认真复习一下哦,每一次的内容都要认真消化,相信每个小伙伴都是勤奋好学的好孩子。
上一次,我们利用MS Visualizer中的建立晶体工具建立了一个ZrO2晶体结构模型,今天小MS就要履行某一次(已经忘记了是哪一次)的承诺,把它变成一个Y0.15Zr0.85O2晶体模型。好多小伙伴看到这个化学式已经惊呆了,这个原子比例,要多么复杂庞大的体系才能够完成啊?其实不用担心,跟我一起来,就会知道MS的神奇之处。
另外,我们还要对于晶体结构的各种点缺陷进行建模。点缺陷是什么?这个问题需要请教晶体学相关的知识来帮忙,空位、间隙、取代属于最常见的点缺陷,其实Y0.15Zr0.85O2的结构也相当于一种取代掺杂。当然,关于点缺陷的分类非常多,下一次我们还会相关基础知识进行更加详细的讲解,对理论性和复杂的问题进行说明。
继续操作刚才的ZrO2晶体模型,这次我们不再添加新的原子,而是要借助Properties区域,对Zr原子的某个性质加以改变,这个性质就是——IsMixtureAtom(是否是杂化原子)。
首先我们选中一个Zr原子,实际上这么热热闹闹的ZrO2晶体模型,有几个Zr原子呢?大家谁能回答一下?答案是只有4个,顶角一个,虽然显示8个原子,但是每个原子只有八分之一属于这个晶胞,面心3个,6个面心位置但是每个面心原子只有一半属于这个晶胞,所以一共有4个Zr原子,另外有8个O原子。但是实际上由于对称性的限制,所有Zr原子和O原子全都是处于相同环境的,不信您可以删除一个试试,所有的Zr或者O原子都会不见。这就是为什么我们只要选择一个Zr原子就可以改变所有Zr原子的性质。
现在我们选中一个Zr原子,双击IsMixtureAtom性质的No,就会弹出一个对话框,可以编辑杂化原子的性质。这个原子仅由一种元素Zr组成,其比例是100%。我们只需要把它变成由Zr和Y两种元素组成,比例分别为85%和15%就可以了。这是一种形成无序固溶体,如果要形成合金等有序固溶体,就要使用其他的方法,扩大晶胞是必不可少的,我们之后的课程会涉及到。
对于原子改变IsMixtureAtom性质我们来继续进行,首先改变Zr的元素比例,单击Edit按钮,在弹出的对话框中将成分比例改为85%。再添加Y元素,单击Add按钮,“…”按钮可以打开元素周期表,选择Y元素,并将其成分比例改为15%,选择OK,现在我们就把性质修改好了,这样就得到了一个Y0.15Zr0.85O2晶体模型,是不是很神奇呢?
添加元素让我们来看看最终的效果吧。晶体结构看起来和之前并没有什么区别,但是可以注意到,在Properties区域中,对于原子的性质,有两个性质发生了改变,首先是Composition(组成),变成了Zr, 0.85; Y, 0.15,另外就是IsMixtureAtom性质从No变成了Yes,提示我们现在的Zr原子已经不是原来的那个Zr原子了,它有85%的可能性是Zr原子,另外有15%可能性是Y原子。
原子杂化后改变的性质至此,我们今天的工作就结束了,对于形成无序固溶体,我们都可以按照这种方式进行建模,对于有序固溶体,我们就需要按照其晶体结构,当成一个新的晶体模型进行建模了。在最后,我们留一个小问题进行思考:在还原气氛中,金红石(TiO2)的一半Ti4+离子变成了Ti3+离子,假设我们将其被还原原子位置认为是无序的,可以怎样进行建模呢?下次我们将解决这个问题,请期待下次的见面吧。
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