關(guān)鍵詞：CP2K；金屬 ；熔化；銅棒；分子模擬

銅（Cu）因其優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能被廣泛應(yīng)用于電子器件與高溫?fù)Q熱部件。熔化是銅加工和再制造的核心環(huán)節(jié)，但宏觀實(shí)驗(yàn)難以直接捕捉原子尺度的熱振動(dòng)與結(jié)構(gòu)演變。分子動(dòng)力學(xué)模擬可以在皮秒-納秒時(shí)間尺度上“放大”熔化過(guò)程，為合金設(shè)計(jì)、焊接工藝及失效分析提理論支撐。本案例基于CP2K軟件，模擬金屬銅棒在高溫下的熔化過(guò)程。

初始模型的構(gòu)建

啟動(dòng)VMD，首先通過(guò)VMD的Extensions-Modeling-Inorganic Builder模塊構(gòu)建金屬銅棒模型，構(gòu)建的銅棒如圖1所示：

圖1 金屬銅棒模型模型結(jié)構(gòu)

在CP2K的輸入文件中任務(wù)類型選擇MD，理論方法采用FIST（分子力場(chǎng)），采用NVT系綜，熱浴采用CSVR，溫度設(shè)為200K，熱浴TIMECON設(shè)為500，步數(shù)STEPS設(shè)為20000，設(shè)置EAM勢(shì)描述Cu原子之間的相互作用，另外將銅棒底部z<50埃的部分進(jìn)行固定，部分輸入文件如圖2和圖3所示：

圖2 CP2輸入文件中關(guān)于理論方法和系綜的設(shè)置

圖3 CP2輸入文件中關(guān)于Cu的EAM勢(shì)的設(shè)置

模擬結(jié)果討論

將cp2k的輸入文件和Cu的EAM勢(shì)參數(shù)文件放在同一目錄下提交計(jì)算。模擬結(jié)果如圖4所示。可以看到，隨著模擬的進(jìn)行，加熱的金屬銅棒逐漸開始熔化。由于表面張力的作用，熔化部分最后會(huì)形成球形。

圖4 銅棒2000 K高溫熔化過(guò)程的結(jié)構(gòu)變化

圖5 模擬20ps后銅棒俯視圖

結(jié)語(yǔ)本案例通CP2K分子動(dòng)力學(xué)模擬，成功實(shí)現(xiàn)了高溫下金屬銅棒的熔化過(guò)程。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程師來(lái)說(shuō)，本案例提供了一個(gè)有力的工具，可以為解決實(shí)際問(wèn)題提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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