本书第1章为背景介绍，主要介绍了计算材料学的发展、材料基因工程组计划和高性能计算平台。第2～5章为材料结构基础、材料建模、能带结构理论和密度泛函理论。第6章为搭建高性能计算平台，主要介绍了Ubuntu操作系统的安装和使用，以及如何在该系统中安装源码软件。第7章为SIESTA软件的安装和功能使用，主要介绍了该软件的运行参数和各种属性功能设置。第8～12章为使用密度泛函理论方法研究材料应用于金属离子电池、锂硫电池的计算实例。附录中主要介绍了材料计算常用的数据处理软件、常用的网络资源以及对应本书应用实例金属离子电池的结构和工作原理。
第1章 计算材料学概论
1.1 计算材料学的发展概况
1.2 计算材料学方法与材料空间尺度的关系
1.3 计算材料学与材料基因工程组计划
1.4 高性能计算机及其计算操作平台
第2章 计算材料结构基础
2.1 材料维度及其尺度效应
2.2 晶体结构
2.3 化学键及对应晶体分类
2.4 相变与临界现象
2.5 原子间的相互作用势
第3章 计算材料建模基础
3.1 获取材料模型信息
3.2 建立材料结构模型
3.3 导出材料模型
第4章 电子能带结构和声子谱分析
4.1 固体能带的产生
4.2 晶体的倒易空间和布洛赫定理
4.3 能带结构分析
4.4 有效载流子质量
4.5 能带工程——杂质、缺陷、吸附、应力、电场
4.6 态密度
4.7 电荷密度
4.8 声子谱
第5章 密度泛函理论
5.1 微观世界量子计算理论的发展史
5.2 多体系统薛定谔微分方程的近似处理
5.3 密度泛函理论
5.4 密度泛函理论计算中涉及的相关细节
5.5 强关联和弱相互作用体系计算的修正
第6章 高性能材料模拟计算平台
6.1 Linux操作系统
6.2 Linux操作系统的文件结构
6.3 Linux操作系统的用户权限和文件属性
6.4 虚拟机软件及其Linux操作系统安装
6.5 Ubuntu终端及其常用命令
6.6 Ubuntu系统常用配置与软件安装
6.7 Intel Fortran Complier安装及bashrc配置
6.8 OpenMPI安装及bashrc配置
6.9 FFTw安装及bashrc配置
6.10 ASE安装
第7章 SlESTA软件安装及其功能使用
7.1 SIESTA介绍及其功能说明
7.2 SIESTA编译及安装
7.3 SIESTA运行文件配置
7.4 fdf文件主要参数说明
7.5 从头分子动力学计算参数设置
7.6 声子谱计算参数设置
7.7 扩散势垒计算参数设置
7.8 输出文件的类型说明
7.9 SIESTA运行步骤及数据处理
第8章 基于多维B4N的锂离子电池新型负极材料的特性研究
8.1 引言
8.2 计算方法
8.3 单层B4N的几何结构
8.4 Li和单层B4N的相互作用
8.5 Li在单层B4N上的扩散
8.6 双层B4N及其体积膨胀效应和它的新型吸附结构
8.7 块体结构的B4N及其体积膨胀效应
8.8 本章小结
第9章 本征和缺陷NiB6作为碱金属离子电池负极的性能研究
9.1 引言
9.2 计算方法
9.3 NiB6单胞结构优化
9.4 碱金属原子在NiB6衬底上的吸附行为
9.5 理论比容量以及平均开路电压计算
9.6 Li／Na／K在NiB6衬底上扩散行为研究
9.7 含有点缺陷的NiB6衬底结构以及电子性质分析
9.8 Li／Na／K在含有B缺陷的NiB6衬底上吸附行为
9.9 Li／Na／K在含有B缺陷的NiB6衬底上扩散行为
9.10 本章小结
第10章 掺杂对类石墨烯C3N作为碱金属离子电池负极的性能影响研究
10.1 引言
10.2 计算方法
10.3 C3N单胞几何结构优化和能带结构计算
10.4 掺杂对C3N衬底的影响
10.5 B掺杂的C3N衬底上碱金属原子吸附行为
10.6 比容量的计算
10.7 碱金属原子在B掺杂C3N衬底表面的扩散性质计算
10.8 本章小结
第11章 SiC2／C3B异质结作为锂离子电池负极材料的性能研究
11.1 引言
11.2 计算细节
11.3 SiC2／C3B异质结衬底材料的结构稳定性和电学特性
11.4 单个锂离子在SiC2／C3B衬底上的吸附行为研究
11.5 单个锂离子在SiC2／C3B衬底上的扩散行为研究
11.6 SiC2／C3B异质结作为锂离子电池负极材料的理论比容量和开路电压
11.7 本章小结
第12章 本征和掺杂二维BP作为钠硫电池锚定材料的应用研究
12.1 引言
12.2 计算方法
12.3 本征和掺杂BP的结构与稳定性
12.4 多硫化钠的优化结构
12.5 NaPSs在本征和掺杂BP上的吸附构型
12.6 NaPSs与本征和掺杂BP间的电荷转移
12.7 吸附构型的电子态密度分析
12.8 本征和掺杂BP表面上的S还原反应
12.9 本征和掺杂BP上的Na。S的催化分解过程
12.10 本章小结
附录1 常用的数据处理软件
附录2 常用的网络资源
附录3 金属离子电池结构及其工作原理
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