主讲人：岳圣瀛 教授（西安交通大学）

题目：先进金属合金材料热输运过程计算模拟

时间：2023年07月22日（周六）上午10:30

地点：理工楼1201

报告摘要：

金属的电子输运过程通常由传统自由电子气模型来描述。例如基于自由费米气体模型来描述电子电导率和电子热导率关系的Wiedemann-Franz 定律[1]。结合玻尔兹曼输运方程(BTE) 可以得到电子热导率的近似公式：

然而BTE由于采用了单电子弛豫时间近似，且主要考虑电子-声子散射过程，对电子-电子散射以及由温度波动引起的散射作用无法给出准确的描述，尤其对过渡金属元素，比如Cu。BTE方程无法清晰地描述由电子携带热能的来源，因此无法描述由电子如何在金属中传输热能。对于先进金属材料，其微观热输运机理对先进金属材料的各项物理特性指标，尤其对先进金属材料在极端环境下的服役稳定性至关重要。

基于传导电子的电荷分布可以反映离子核处的静电势的思想，结合自由费米气体模型，本文发展了一套新的第一性原理非平衡分子动力学模拟方法，可以用于直接准确的计算金属中的电子热导率。该理论工作提出了静电势振荡(EPO)的理论模型[1,2]，确定了热激发电子所携带的动能来源。通过第一性原理非平衡分子动力学(NEAIMD)模拟可以较为准确的计算金属中的电子热导率。NEAIMD-EPO提供了一种全新的理解原子尺度下金属中电子热输运过程的方法 [1,2]。针对极端服役环境的先进功能性合金材料，如钨铼合金等材料的热输运特性开展研究，揭示先进金属材料中电子-声子耦合热输运机理、以及热力耦合点缺陷演化规律。该理论工作对航空发动机高温合金材料研发、核聚变反应堆材料设计都有研究价值。

关键词：电子热导率，非平衡第一性原理分子动力学，静电势振荡理论，先进金属特性

参考文献：

[1] S. Yue, X. Zhang, S. Stackhouse, G. Qin, E. Di Napoli, M. Hu, Methodology for determining the electronic thermal conductivity of metals via direct non-equilibrium ab initio molecular dynamics, Phys. Rev. B. 2016, 94, 075149.  

[2] S. Yue, and M. Hu, Insight of the thermal conductivity of ε-iron at Earth’s core conditions from the newly developed direct ab initio methodology, J. Appl. Phys. 2019, 125, 045102.

个人简介：

岳圣瀛博士，西安交通大学教授，博士生生导师。2011年本科毕业于北京航空航天大学。2014年硕士毕业于中国科学院大学，导师苏刚、郑庆荣教授。2018年毕业于德国亚琛工业大学（RWTH Aachen University），导师胡明教授。2018-2021年于美国加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）机械工程学院做科研博士后，合作导师廖浡霖教授。2022年入选山东大学齐鲁青年学者。2022年入选工信部国家级青年人才计划，以及西安交通大学青年拔尖A类人才计划。博士论文获德国亚琛工业大学最佳博士论文奖-拉丁文最高荣誉学位SUMMA CUMLAUDE，同时获国家留学基金委授予的2017年度国家优秀自费留学生奖学金。留德中国物理学者学会理事。美国材料协会（Materials Research Society, MRS）会员。致力于微纳米材料结构演化、拓扑物理特性、热输运机理等的第一性原理模拟研究工作。提出了适用于模拟极端载荷下材料热导率的非平衡第一性原理分子动力学方法，并成功应用在地心极端高温高压环境下铁核的热学及力学特性模拟中。建立了适用于极端载荷下材料声子及电子系统的第一性原理多场耦合模拟研究理论基础。同时提出了判断原子间高阶非简谐性的准则。在Physical Review B、Materials Today Physics、Physical Review Research、ACS Applied Materials & Interfaces、Advance Optical Materials等期刊发表SCI论文34篇，论文他引1800余次。