计算机在材料科学与工程中的应用课程作业

①在计算结果文件夹中激活.xsd文件。在工具栏中选择 CASTEP工具，然后选择

Analysis，选择Electron density项，按下Import按钮，电子的等值面就显示在结构中。

打开CASTEP的Analysis对话框，选择Band structure项，按下View按钮，即可得到材料的能带图：

双击CaF2(2).xsd文件，把它击活。从菜单栏中选择Build | Symmetry | Conventional Cell。然后在模型文档单击右键，选择Lattice Parameters。

即可以得到此时的晶格参数为a=0.5540nm,已知CaF2的晶格参数的文献值为：

a=0.5450 nm,故实验值与文献值存在着一定的误差。

三、实验结果的分析与相关计算

实验1.所计算材料电子的态密度图如下所示；

实验2. 所计算材料的能带图；给出所计算材料的晶格参数，并

计算其和实验值的误差。

能带图如下所示：

萤石晶格参数实验值和文献值分别为：

a?0.5540nm，a0?0.5450nm

a?a00.5540?0.5450??100%?1.7% 所以有：E?a00.5450

实验二、基于分子力场的分子力学和分

子动力学计算

1. 实验目的:

（1） 掌握分子力学和分子动力学的模拟方法； （2） 学会使用Visualizer 的各种建模和可视化工具； （3） 熟悉Forcite模块的功能。 2. 实验原理：

基于“Born-Oppenheimer”近似，可以将原子运动的Schr?dinger方程，分别表示为电子和核运动的Schr?dinger方程。直接求解核的运动方程，并将其中的能量以经验的力场函数表示，即为分子力学方法。如果将能量以力场形式表示，直接求解牛顿方程，就是分子动力学方法。 Hψ (R,r) = Eψ (R,r) ……………………...….. Schr?dinger方程

HeΦ(r;R) = EΦ(r;R) ………………电子运动的Schr?dinger方程

Hn Φ(R) = EΦ(R) ……………………核运动的Schr?dinger方程

..?E?F?mX…………………………………..牛顿方程 ?x3. 实验内容

实验1. 材料表面上分子的绑定能计算；

实验2. 固定和不固定表面原子条件下的被吸附分子的结构优化结果比较； 实验3. 材料表面上分子的动力学计算。

* 在三个实验内容中可以任选一个内容进行计算，有能力的同学也可以全做。

4. 实验设备和仪器

(1) 硬件：多台PC机和一台高性能计算服务器。

(2) 软件：主要利用Materials studio软件包里的Visualizer和Forcite模块。

5．实验方法和步骤

一、建立材料表面和分子的结构模型