基于金属中溶质性质第一性原理的机器学习研究
发布时间：2021-11-21 06:49
计算水平的飞速发展使得人们可以通过模拟计算的方法获取所需材料的性质参数,用于材料研发和改性。基于密度泛函理论（density functional theory,DFT）的第一性原理（first-principles,FP）方法（DFT-FP）能给出精度很高的数据,成为常用的模拟计算方法。虽然DFT-FP大大推动了材料科学的发展,但是DFT-FP计算量大且耗时,对计算资源需求高。近年来,随着数据量的不断积累,机器学习（machine learning,ML）方法被逐渐应用于材料科学,有可能极大地改变和提高材料科学中性质参数的计算效率,加速材料科学的发展和进步。本文使用DFT-FP和基于支持向量机（support vector machine,SVM）的ML方法（SVM-ML）,系统研究了金属中过渡金属（transition metal,TM）替代型溶质与氢/氦/碳/氮/氧等间隙型溶质之间的相互作用以及TM溶质的扩散行为,探索ML方法在该领域的应用。主要内容和结果如下:应用DFT-FP研究了金属钨中TM溶质与氧的相互作用,建立了表征TM溶质与氧以及空位-氧团簇相互作用的结合能数据库,为后...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＩＴＥＲ装置示意图［４］??
?第二章研宄方法???算法把使两类数据点之间的“间隔”最大的分类超平面作为最优分类超平面，即??使用最大间隔原则。??ｙＡ??▲?▲??▲?▲?ｕ??？?？???？ｘ??图２．１不同的分类超平面??对于线性可分的问题，分类超平面的方程一般为＝?〇．均＋纟＝〇，其??中（ＶＶ．Ｘ）表示两个向量的内积。通过计算可知，表征间隔的两个支持超平面之间??的距离为由最大化间隔的思想可得下列对变量Ｗ和６的凸二次规划问题??ｌｌｗｌｌ??ｍｉｎｗ，ｂ｜｜｜ｉｖ｜｜２，?（２．１２）??ｓ．ｔ．?ｙｆ（（ｗ?？尤ｉ）＋?ｂ）?２?１，?ｉ?＝?１，…乂?（２．１３）??引入Ｌａｇｒａｎｇｅ函数??Ｌ（ｗ，?ｂ，ａ）＝＾?＼＼ｗ＼＼２?－１［＝１?ａｔ?（ｙｉ（（ｉｖ?？?ｘ（）?＋?ｂ）?－?ｌ），?（２．１４）??其中ａ?＝?ａ；）１＇为Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子向量，通过把上式分别对ｗ和６求偏微分??且令其等于〇，并结合Ｋａｒｕｓｈ－Ｋｕｈｎ－Ｔｕｃｋｅｒ（ＫＫＴ）条件，可以把原始问题（２．１２）？??（２．１３）转化为其对偶问题??ｍｉｎａｌＹ．ｌｉ＝ｉ＇Ｚｌｊ＝１ｙｉｙＪ｛ｘｉ?■?ｘ＾ａｊ?－?Ｖ?ａｊ，?（２．１５）??Ｓ．ｔ．?｛?（２．１６）??（ａ；?２?０，ｉ?＝?１，…乂??得到的解为ａ＊?＝?ａ／）Ｔ，其中，若分量ａ『不为０，则称其对应的输入々为??支持向量；否则称Ａ为非支持向量。进而可计算出选取ｏＴ的??一个正分量ａｊ，可计算得丨从而可以得到决策函数??ｙ?＝?ｓｇｎ（５〇）），?（２．１７）??其中分〇）?＝?（ｗ＊?？?ｘ）?＋?ｂ＊?＝幻＝１刃?？?ｘ）?＋?聊为符号函
?第三章钨中过渡金属溶质与氧的相互作用研究???扩展为三缺陷的结合能公式如下所示??ＥＡｉ，Ａ２，Ａ３?一?ｐＡｉ?丄?口八２?丄?口八３?一?ｐＡｉ—Ａ２＿Ａ３?一?ｏｐｂｕｌｋ??ｂ?一?ｃｔｏｔ?卞?ｃｔｏｔ?卞?Ｇｔｏｔ?一?Ｅｔｏｔ?—?ｚｃｔｏｔ?，?Ｗ－ｚ；??其中各项的含义与（３．１）式类似。另外，一个缺陷Ａ，相对于一个缺陷团簇Ａ２－Ａ３??的增量结合能可以被定义如下??ｐＡ１；Ａ２—Ａ３?一?ｐＡ；！丄?ｐｉＡ２＿Ａ３?一?ｐＡｊ—Ａ２—Ａ３?一?ｐｂｕｌｋ??Ｄｂ?＿?Ｅｔｏｔ?卞?＾ｔｏｔ?一?ｃｔｏｔ?一?ｃｔｏｔ?，??其中各项的含义与（３．１）式和（３．２）式类似。此式可以用来评估这些缺陷之间的协同??效应。由上述公式可知，一个正的结合能表示缺陷之间的相互吸引，而负值表示??排斥，结合能绝对值的大小表征了相互作用的强弱。??３．３研允结果与讨论??３．３．１过渡金属溶质与氧的相互作用??ｗｒ?ｗｒ?ｗｒ??图３．１?Ｓｏｌ－０对的示意图。钨和ＴＭ溶质原子分别由大的蓝色球和黄色球表示。相对于溶质??的Ｔｅｔｌｎｎ至Ｔｅｔ７ｎｎ位置由红色小球表示，并依次用黄色数字１－７标记。０ｃｔｌｎｎ位置由蓝色小??球表示。Ｔｅｔｌｎｎ和Ｔｅｔ７ｎｎ位置之间的中点由深绿色小球表示，并用ＭＳ标记??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical study of the interaction between hydrogen and 4d alloying atom in nickel[J]. Wen-Guan Liu,Yuan Qian,Dong-Xun Zhang,Xing-Bo Han,Xin-Xin Chu,You-Shi Zeng,Guang-Liang Bao,Guang-Hua Wang,Sheng-Wei Wu,Wei Liu. Nuclear Science and Techniques. 2017(06)
[2]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
本文编号：3508998
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＩＴＥＲ装置示意图［４］??
?第二章研宄方法???算法把使两类数据点之间的“间隔”最大的分类超平面作为最优分类超平面，即??使用最大间隔原则。??ｙＡ??▲?▲??▲?▲?ｕ??？?？???？ｘ??图２．１不同的分类超平面??对于线性可分的问题，分类超平面的方程一般为＝?〇．均＋纟＝〇，其??中（ＶＶ．Ｘ）表示两个向量的内积。通过计算可知，表征间隔的两个支持超平面之间??的距离为由最大化间隔的思想可得下列对变量Ｗ和６的凸二次规划问题??ｌｌｗｌｌ??ｍｉｎｗ，ｂ｜｜｜ｉｖ｜｜２，?（２．１２）??ｓ．ｔ．?ｙｆ（（ｗ?？尤ｉ）＋?ｂ）?２?１，?ｉ?＝?１，…乂?（２．１３）??引入Ｌａｇｒａｎｇｅ函数??Ｌ（ｗ，?ｂ，ａ）＝＾?＼＼ｗ＼＼２?－１［＝１?ａｔ?（ｙｉ（（ｉｖ?？?ｘ（）?＋?ｂ）?－?ｌ），?（２．１４）??其中ａ?＝?ａ；）１＇为Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子向量，通过把上式分别对ｗ和６求偏微分??且令其等于〇，并结合Ｋａｒｕｓｈ－Ｋｕｈｎ－Ｔｕｃｋｅｒ（ＫＫＴ）条件，可以把原始问题（２．１２）？??（２．１３）转化为其对偶问题??ｍｉｎａｌＹ．ｌｉ＝ｉ＇Ｚｌｊ＝１ｙｉｙＪ｛ｘｉ?■?ｘ＾ａｊ?－?Ｖ?ａｊ，?（２．１５）??Ｓ．ｔ．?｛?（２．１６）??（ａ；?２?０，ｉ?＝?１，…乂??得到的解为ａ＊?＝?ａ／）Ｔ，其中，若分量ａ『不为０，则称其对应的输入々为??支持向量；否则称Ａ为非支持向量。进而可计算出选取ｏＴ的??一个正分量ａｊ，可计算得丨从而可以得到决策函数??ｙ?＝?ｓｇｎ（５〇）），?（２．１７）??其中分〇）?＝?（ｗ＊?？?ｘ）?＋?ｂ＊?＝幻＝１刃?？?ｘ）?＋?聊为符号函
?第三章钨中过渡金属溶质与氧的相互作用研究???扩展为三缺陷的结合能公式如下所示??ＥＡｉ，Ａ２，Ａ３?一?ｐＡｉ?丄?口八２?丄?口八３?一?ｐＡｉ—Ａ２＿Ａ３?一?ｏｐｂｕｌｋ??ｂ?一?ｃｔｏｔ?卞?ｃｔｏｔ?卞?Ｇｔｏｔ?一?Ｅｔｏｔ?—?ｚｃｔｏｔ?，?Ｗ－ｚ；??其中各项的含义与（３．１）式类似。另外，一个缺陷Ａ，相对于一个缺陷团簇Ａ２－Ａ３??的增量结合能可以被定义如下??ｐＡ１；Ａ２—Ａ３?一?ｐＡ；！丄?ｐｉＡ２＿Ａ３?一?ｐＡｊ—Ａ２—Ａ３?一?ｐｂｕｌｋ??Ｄｂ?＿?Ｅｔｏｔ?卞?＾ｔｏｔ?一?ｃｔｏｔ?一?ｃｔｏｔ?，??其中各项的含义与（３．１）式和（３．２）式类似。此式可以用来评估这些缺陷之间的协同??效应。由上述公式可知，一个正的结合能表示缺陷之间的相互吸引，而负值表示??排斥，结合能绝对值的大小表征了相互作用的强弱。??３．３研允结果与讨论??３．３．１过渡金属溶质与氧的相互作用??ｗｒ?ｗｒ?ｗｒ??图３．１?Ｓｏｌ－０对的示意图。钨和ＴＭ溶质原子分别由大的蓝色球和黄色球表示。相对于溶质??的Ｔｅｔｌｎｎ至Ｔｅｔ７ｎｎ位置由红色小球表示，并依次用黄色数字１－７标记。０ｃｔｌｎｎ位置由蓝色小??球表示。Ｔｅｔｌｎｎ和Ｔｅｔ７ｎｎ位置之间的中点由深绿色小球表示，并用ＭＳ标记??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical study of the interaction between hydrogen and 4d alloying atom in nickel[J]. Wen-Guan Liu,Yuan Qian,Dong-Xun Zhang,Xing-Bo Han,Xin-Xin Chu,You-Shi Zeng,Guang-Liang Bao,Guang-Hua Wang,Sheng-Wei Wu,Wei Liu. Nuclear Science and Techniques. 2017(06)
[2]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
本文编号：3508998
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