本文摘要(由AI生成):
本文介绍了一个使用LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)模拟系统来计算材料热导率的过程。文中设定了多个物理常量和转换公式,如Boltzmann常数、eV到J/mol的转换因子等,并计算了系统的动能(KE)、势能(PE)和应力。通过热流计算和Green-Kubo公式,计算了三个方向(k11, k22, k33)及平均热导率k_total。模拟通过固定温度、压力条件并运行较长时间来获得稳定的热导率数据。最后,输出了在特定温度下的热导率结果。
大家好,我是小马老师。
在前面的文章中,介绍了非平衡态下石墨烯的热导率模拟方法,本文介绍第二种热导率模拟方法:使用平衡态分子动力学(EMD)计算热导率。
本文仍然以石墨烯热导率计算为例,以供大家对比参考。

在平衡态下计算热导率,主要计算公式为Green-Kubo。
用到的主要命令为compute heat/flux。
用法为:
compute myFlux all heat/flux myKE myPE myStress其中,myKE为原子动能,myPE为原子势能,myStress为原子应力。
在使用compute heat/flux命令前,必须提前计算出这三个量的值。
下面给出石墨烯EMD热导模拟代码,代码已经注释。data文件可自己建模。

#模型参数设置units metaldimension 3boundary p p patom_style atomicneighbor 0.3 binneigh_modify delay 10timestep 0.001#读取石墨烯模型文件read_data gp.datamass 1 12.0107#使用tersoff力场pair_style tersoffpair_coeff * * SiC.tersoff C#热力学信息输出thermo 10000thermo_style custom step temp vol press#温度初始化velocity all create 300 98989 dist gaussianfix 1 all npt temp 300 300 0.1 x 0 0 1 y 0 0 1run 50000unfix 1reset_timestep 0#Green-Kubo公式中需要的数据variable A equal lx*ly*1.54variable dt equal 0.001variable cor equal 10000variable sam equal 10variable dum equal ${cor}*${sam}#单位转换公式variable kB equal 8.6173324e-5 # eV/K Boltzmannvariable ev2J equal 1.60210e-19 # eV to J/molvariable A2m equal 1.0e-10 # Angstrom to metervariable ps2s equal 1.0e-12 # picoseconds to secondsvariable convert equal ${ev2J}/(${A2m}*${ps2s})#计算热流compute myKE all ke/atomcompute myPE all pe/atomcompute myStress all stress/atom NULL virialcompute flux all heat/flux myKE myPE myStress#保存三个方向的热流variable Jx equal c_flux[1]variable Jy equal c_flux[2]variable Jz equal c_flux[3]fix JJ all ave/correlate ${sam} ${cor} ${dum} c_flux[1] c_flux[2] c_flux[3] type auto file SLG_J.J_t${temp_s}.dat ave running#计算Green-Kubo公式系数variable scale equal (${dt}*${sam})/(${kB}*${temp_s}^2*$A)#计算Green-Kubo公式variable k11 equal (trap(f_JJ[3])*${scale})*${convert}variable k22 equal (trap(f_JJ[4])*${scale})*${convert}variable k33 equal (trap(f_JJ[5])*${scale})*${convert}variable k_total equal (v_k11 v_k22 v_k33)/3.0#fix Ph all phonon 10 10000 0 GAMMA SLG nasr 100#启动运算thermo 100000thermo_style custom step temp press v_k11 v_k22 v_k33 v_k_totalfix 1 all nverun 1000000#输出热导率print "***************************************************** "print " k11 conductivity : ${k11} [W/mK] @ ${temp_s} K"print " k22 conductivity : ${k22} [W/mK] @ ${temp_s} K"print " k33 conductivity : ${k33} [W/mK] @ ${temp_s} K"print " 3D average conductivity: ${k_total} [W/mK] @ ${temp_s} K"print "*****************************************************"
END
来源:320科技工作室