CrCoNi钝化膜有序-无序占位优化方法、计算机设备及存储介质

本发明涉及计算材料科学，具体涉及一种基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、中熵合金由多种元素构成，具有较高的混合熵，从而提高了材料的抗腐蚀性能。其中，钝化膜在中熵合金中起着至关重要的作用。目前的研究表明，钝化膜主要由氧化物如cr2o3组成，并且其形成与合金的组成和微观结构等因素密切相关。

2、第一性原理计算(或者称之为第一原理计算)方法是一种基于量子力学原理的计算方法，通过求解薛定谔方程来模拟原子尺度上的结构和能量信息。它被广泛应用于预测材料的性质和反应行为。然而，第一性原理计算也存在一些限制和挑战。其中之一是计算复杂度，对于大型材料系统或复杂的反应过程，计算成本可能非常高，限制了其广泛应用的范围。另外，第一性原理计算还需要选择适当的赝势和计算精度，这些选择可能影响结果的准确性和收敛性。

3、在材料科学领域，机器学习力场是一种基于数据驱动方法，通过学习原子间势能函数的形式和参数来预测材料性质。相较于传统经验势函数，机器学习力场具有多个优势。它可以通过学习大量的第一性原理计算数据，并自适应地调整模型参数，从而提高模拟精度。与固定形式的函数表达式和手动参数调整的传统经验势函数不同，机器学习力场具有更加灵活性和可扩展性。它们适用于不同化学组成和结构的材料，并能提供准确的能量、力场和反应动力学等信息。因此，机器学习力场在模拟材料性质和反应行为方面具有潜力。高斯近似势作为一种优秀的机器学习力场，可用于描述原子核和电子之间的相互作用。在此情况下，高斯近似势的参数可以通过对充足数量的训练数据进行拟合和优化来确定，这些数据通常由第一性原理计算或实验数据提供。一旦确定了高斯近似势的参数，就可以使用它来预测新材料的性质，而无需进行复杂的第一性原理计算。这使得机器学习力场成为高通量材料设计和材料筛选的有力工具。

4、针对crconi中熵合金的抗腐蚀性能，其钝化膜的形成机制与组分和结构之间的关系尚不清楚。为了解决这个问题，优化合金的组成和微观结构可以改善钝化膜的性能，并增强其抗腐蚀性。在此过程中，结合第一性原理计算和训练高斯近似势的方法变得重要。通过使用第一性原理计算方法来描述原子尺度上的信息，我们可以精确计算crconi合金系统的结构、能量和反应动力学等属性。然而，为了克服第一性原理计算的一些限制，我们可以使用结合机器学习力场(如高斯近似势)和第一性原理计算的方法。首先，我们利用第一性原理计算生成大量的训练数据集，包含原子结构和对应的能量、力以及其他性质。然后，使用这些数据来训练高斯近似势模型，通过优化高斯函数的参数来拟合训练数据。最终得到的高斯近似势模型可以在较小的计算成本下，预测crconi合金中钝化膜的性能。

5、在传统crconi中熵合金钝化膜研究中，存在两个主要的难点。首先，钝化膜形成涉及复杂的体系，其中含有多种元素和微观结构，使得钝化膜形成机制变得复杂且多样化，需要深入理解合金组分、晶体结构和界面相互作用等因素。其次，传统的计算方法通常对资源消耗较大，特别是在模拟大尺度系统和长时间尺度的钝化膜形成过程时，需要大量的计算资源和时间。因此，寻找计算效率更高的方法是一个重要挑战。而我们通过结合第一性原理计算和训练高斯近似势的方法，我们可以提高计算效率，并为优化crconi中熵合金钝化膜提供指导。因此，基于第一性原理计算结合训练高斯近似势的方法对于优化crconi中熵合金的钝化膜具有重要意义。这种方法不仅提高了计算效率，还能够指导合金组分和微观结构的优化。通过开展这项研究，我们能够更深入地理解钝化膜的形成机制，为新型抗腐蚀材料的设计和开发提供更可靠的理论支持，使我们有效的抑制材料的腐蚀和氧化，提升其耐腐蚀性能，进一步推动材料科学领域的发展。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，该方法结合了第一原理计算和高斯近似势模型，旨在深入研究crconi合金材料中的钝化膜形成过程。利用高斯近似势模型对原子间相互作用进行描述，并与第一原理计算相结合，可以更高效地预测各种占位情况下材料的能量情况。通过在这一基础上进行高通量计算筛选，可得到多种钝化膜组分和结构，从而有效抑制材料的腐蚀和氧化，并提升其耐腐蚀性能。本发明重点关注熵效应在crconi合金材料中的优化，通过调控钝化膜组分、厚度和晶体结构等参数，实现钝化膜的最优化设计。因此，通过利用高斯近似势与第一原理计算相结合的方法，为开发具有优异耐腐蚀性能的crconi中熵合金材料提供了创新的途径。

2、一种基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，包括：

3、构建crconi中熵合金计算模型，设置不同的元素排列方式，生成有序和无序结构；

4、建立cr2o3钝化膜模型；

5、将有序或无序结构的crconi中熵合金计算模型和钝化膜模型拼接，控制界面距离，构建合金/钝化膜界面模型；

6、对合金/钝化膜界面模型进行第一性原理计算，得到不同结构的第一性原理计算数据集；

7、基于不同结构的第一性原理计算数据集，利用高斯近似势程序进行拟合，优化高斯近似势参数，完成高斯近似势程序的训练；

8、利用训练好的高斯近似势程序，结合模拟退火算法，预测不同组分结构的界面性能，得到crconi钝化膜有序和无序结构的优化占位。

9、在一实施例中，所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，crconi中熵合金计算模型采用面心立方晶体结构。

10、在一实施例中，所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，采用层状相同元素构造有序结构，使用蒙特卡洛方法对占位元素进行随机替换构造无序结构。

11、在一实施例中，所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，构建crconi中熵合金计算模型时，进行第一性原理计算，其中截断能设置为600ev，使用范德华修正参数ivdw＝13，使用grimme的dft-d3的零阻尼函数方法，优化中止条件为总能量变化小于1×10-5ev。

12、在一实施例中，所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，cr2o3钝化膜模型采用三方晶系的cr2o3刚玉结构。

13、进一步的，cr2o3刚玉结构属于三方空间群cr3+离子与六个等效的o2-离子形成混合的cro6八面体，其中共用八面体的顶角倾斜角度在47°～60°之间，含有三条较短和三条较长的cr-o键长，o2-离子与四个等效的cr3+离子形成扭曲的ocr4三角锥结构。

14、在一实施例中，所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，cr2o3钝化膜模型的原子坐标优化收敛条件与crconi中熵合金计算模型一致。

15、在一实施例中，所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法，控制界面距离在层间真空厚度15埃。

16、本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，所述计算机程序运行时使得所述处理器执行所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法。

17、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储程序或指令，在程序或指令被计算机设备执行的情况下，使得计算机设备执行所述的基于第一性原理计算和高斯近似势的crconi钝化膜有序-无序占位优化方法。

18、本发明与现有技术相比，有益效果有：

19、1、本发明通过结合第一原理计算和高斯近似势模型，在熵合金钝化膜优化中提供更高精度的计算结果，并利用机器学习力场实现高效的大尺寸系统模拟。这在继承第一原理计算高精度的前提下，克服了传统计算方法的计算慢和尺度限制，加快了优化流程，并提高了计算效率。

20、2、本发明结合晶体结构、界面等因素进行高通量计算筛选，得到多种钝化膜组分和结构。这有助于从更大的结构空间中搜寻新材料。

21、3、本发明注重熵效应在crconi合金中的优化，通过调控钝化膜组分、厚度和晶体结构等参数，实现钝化膜的最优设计。本发明能更好地理解和优化熵合金材料中钝化膜的形成过程，并提供了创新途径来开发具有优异耐腐蚀性能的crconi中熵合金材料。本发明解决了传统方法的计算限制和钝化膜优化难题，为开发出优异耐腐蚀性能的crconi中熵合金材料提供了有益的解决方案。