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微纳尺度传热计算系列
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本课程主要介绍基于分子动力学模拟方法计算材料在微纳尺度下的热导率计算,典型的材料对象包括如石墨烯、碳纳米管、过渡金属硫化物和金属有机框架材料等。在整个课程中主要采用LAMMPS开源软件,也会简单介绍GPUMD软件。具体的理论方法包括直观的非平衡态法和基于Green-Kubo涨落-耗散关系的平衡态法计算热导率和基于分子动力学模拟的声子色散关系、声子态密度计算。本次课程主要聚焦于具体的计算实践,会简单的介绍相应的理论,但是后者并不是课程的重点。在介绍各种方法中,以一维的碳纳米管、二维的石墨烯和三维的金属有机框架材料为例,会给出具体的基于LAMMPS的计算脚本,以帮助课程参加者尽快熟悉相关的计算方法。
 

课程安排

第一周:2021年4月10日9:30-11:30
一、如何进行结构建模?
1.简单介绍原胞的概念;
2.CCDC晶体数据库下载文献中的cif格式的晶体结构
3.VESTA软件、OVITO软件进行不同原子结构文件的格式转换;
4.OVITO进行扩胞和平移操作
5.原子结构的渲染和作图
二、LAMMPS in文件编写的简单介绍:以石墨烯、碳纳米管和MOF-5为例;
1.按照块的理念来进行in文件的书写;
2.LAMMPS中变量的定义
3.LAMMPS中如何输出需要的原始数据
三、如何对晶体结构进行初始优化获得稳定构型?
1.能量最小化的设置;
2.系综平衡的概念:NPT、NVT、及NVE
3.郎之万热浴和Noose-Hoover热浴的区别

第二周:2021年4月18日9:30-11:30
一、傅里叶热传导定律简介
二、非平衡态模拟计算热导率:以碳纳米管为例
1.基于固定温度差的方法;
2.基于固定热流的方法
3.可逆非平衡态方法
三、非平衡态模拟计算界面热阻:以双壁碳纳米管为例
1.界面热阻的定义;
2.界面热阻与什么有关?
四、基于Green-Kubo关系的平衡态法计算热导率:以石墨烯和ZIF-8为例;
1.涨落-耗散理论的简单介绍;
2.平衡态法采样的收敛准则

第三周:2021年4月25日9:30-11:30
一、声子理论简介,对速度自关联函数计算态密度
二、基于LAMMPS的“fix-phonon“命令计算色散关系
1.latgen建模和Phana的后处理
2.“fix phonon”命令与Phonopy接口使用 
三、基于phonolammps计算色散关系
四、GPUMD的简单介绍


讲师介绍
应鹏华,哈尔滨工业大学(深圳)在读博士生。五年lammps使用经验,其研究兴趣为柔性多孔材料的多场耦合行为,主要采用分子动力学模拟和连续介质力学相结合的方法,目前已发表多篇SCI检索的同行评审论文。2021年在材料人网开设低维纳米材料力学性能及热输运计算专栏。