Mg-Cu合金热物性的分子动力学计算

余嘉鹏，程晓敏,2，李元元，李 蓓,徐 虹

（1武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070；2黄冈师范学院机电与汽车工程学院，湖北 黄冈 438000；3洛林大学LCP-A2MC实验室,法国 梅斯 57070）

随着化石燃料的减少与温室效应的加剧，能源问题日益严重。使用相变材料（PCM）来存储清洁能源是当今社会的热门话题。金属和合金由于其导热系数高、储热密度高、性能稳定等优点得到了学者们的青睐，为解决储能问题提供了的重要思路[1-2]。

目前，针对能源领域已经研究了许多合金系统，常见的有Mg，Al，Cu，Si，Zn等[3]。其中，镁基合金由于其优异的热物性能，国内外许多学者对其进行了许多的研究。P BLANCO-RODRÍGUEZ和J RODRÍGUEZ-ASEGUINOLAZA等[4-6]研究了Mg基二元三元合金储热材料的热性能。程晓敏等[7]研究了Mg-Cu-Zn相变储热材料，并用EET理论对其储热机理提出了解释。孙正等[8]选取了7种元素加入Mg基体中，得到了多种二元和三元高温相变储热合金。在上述文献中， Mg基合金储热材料通过实验方法对其热物性能进行了广泛研究。本文通过分子动力学的方法构建了不同组分的Mg-Cu合金块体，对其熔化焓、热导率等热物性参数进行了模拟，并且用分子动力学方法表征了Mg-Cu合金的微观结构，分析Mg-Cu合金热物性能变化的微观机理。为储热材料的研究提供了一种新思路。

1 模型与方法

1.1 模型构建与优化

晶体镁具有密排六方结构，通过晶体镁可以构建出不同粒径的镁块体，如图1(a)所示。随后按照质量比重，将晶体镁中的原子随机替换铜原子，如图1(b)所示。本文模拟构建了不同组分Mg-Cu合金块体，采用共轭梯度算法对得到的Mg-Cu合金块体团簇进行能量最小化，使团簇能量达到最小状态。……