Atomistic simulation of alumina grain boundary structure and diffusion

氧化铝晶界结构和扩散的原子模拟

基本信息

项目摘要

Oxide scales on Al- or Cr-containing alloys provide efficient and inexpensive corrosion protection. However, key atomic scale mechanisms in oxide scale formation are unknown or disputed, which limits insight and understanding and blocks the computational design of optimal alloys and oxide scales. Atomistic simulation of mechanisms in oxide scale formation is difficult. Firstly, an accurate representation of the potential energy surface is required that enables the simulation of complex atomic rearrangements in grain boundaries and includes the contribution of charge transfer to the energy. Secondly, the simulation cells need to comprise thousands of atoms to sample realistic geometries and simulations need to be run for sufficiently long times to observe atomic rearrangements and diffusion. While density functional theory (DFT) is sufficiently accurate, it is unable to simulate that many atoms. On the other hand, simulations with sufficient atoms are possible by employing classical interatomic potentials, but these potentials are generally not sufficiently accurate or transferable, even when including a model of charge transfer. Only recently a class of accurate interatomic potentials, often termed machine-learning potentials, became prominant, which describe a potential energy surface with near-DFT precision. Within this category the approach we favour is the Atomic Cluster Expansion (ACE), in which we are incorporating charge transfer. It is fast and systematically improvable. With this approach we propose to develop accurate and transferable interatomic potentials for the aluminium-oxygen system. We will employ these potentials for the simulation of diffusion in grain boundaries of the oxide scale and extract from our simulations the atomic scale mechanisms and diffusion coefficients that are decisive for understanding the growth rates of oxide scales. Our project will be the first to our knowledge which tackles the problem of atomic scale diffusion mechanisms and rates in oxide grain boundaries at high temperature, laying the foundations for atomic scale design of protective scales.
含铝或铬合金上的氧化皮提供有效且廉价的腐蚀保护。然而,氧化皮形成的关键原子尺度机制是未知的或有争议的,这限制了洞察力和理解,并阻碍了最佳合金和氧化皮的计算设计。氧化皮形成机制的原子模拟是困难的。首先,需要势能面的精确表示,使得能够模拟晶界中的复杂原子重排,并且包括电荷转移对能量的贡献。其次,模拟单元需要包括数千个原子以采样真实的几何形状,并且模拟需要运行足够长的时间以观察原子重排和扩散。虽然密度泛函理论(DFT)足够精确,但它无法模拟那么多的原子。另一方面,通过采用经典的原子间势可以模拟足够的原子,但这些势通常不够准确或可转移,即使包括电荷转移模型。直到最近,一类精确的原子间相互作用势,通常被称为机器学习势,才变得清晰,它描述了一个接近DFT精度的势能面。在这一类中,我们赞成的方法是原子团簇扩展(ACE),其中我们将电荷转移。它是快速和系统地改进。用这种方法,我们建议开发准确的和可转移的铝-氧系统的原子间相互作用势。我们将采用这些潜力的模拟扩散在晶界的氧化物规模和提取从我们的模拟原子尺度的机制和扩散系数,是决定性的理解氧化物规模的增长速度。我们的项目将是我们所知的第一个解决高温下氧化物晶界原子尺度扩散机制和速率问题的项目,为原子尺度的保护膜设计奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr. Ralf Drautz其他文献

Professor Dr. Ralf Drautz的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr. Ralf Drautz', 18)}}的其他基金

Automated analysis and validation of interatomic potentials for application in Materials Science
原子间势的自动分析和验证在材料科学中的应用
  • 批准号:
    405621217
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Exploration of phase stability, functional and mechanical properties in refractory- and noble-metal-based multiple-principal element alloys
难熔金属和贵金属基多主元合金的相稳定性、功能和机械性能的探索
  • 批准号:
    403582885
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Spatially resolved modeling and characterization of (de-)intercalation in Li-Ion battery materials
锂离子电池材料脱嵌的空间分辨建模和表征
  • 批准号:
    180022675
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes

相似国自然基金

Simulation and certification of the ground state of many-body systems on quantum simulators
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
基于WRF-Mosaic近似不同下垫面类型改变对区域能量和水分循环影响的集合模拟
  • 批准号:
    41775087
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    68.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
嵌段共聚物多级自组装的多尺度模拟
  • 批准号:
    20974040
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微扰量子色动力学方法及在强子对撞机的应用和暗物质的研究
  • 批准号:
    10975004
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
孔隙介质中化学渗流溶解面非稳定性的理论分析与数值模拟实验研究
  • 批准号:
    10872219
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Kinetic Monte Carlo 模拟薄膜生长机理的研究
  • 批准号:
    10574059
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    12.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
变压吸附中真空脱附过程的传质传热规律研究
  • 批准号:
    20576028
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Molecules for Quantum simulation
量子模拟分子
  • 批准号:
    MR/X033430/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Fellowship
CAREER: Advances to the EMT Modeling and Simulation of Restoration Processes for Future Grids
职业:未来电网恢复过程的 EMT 建模和仿真的进展
  • 批准号:
    2338621
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Material Simulation-driven Electrolyte Designs in Intermediate-temperature Na-K / S Batteries for Long-duration Energy Storage
合作研究:用于长期储能的中温Na-K / S电池中材料模拟驱动的电解质设计
  • 批准号:
    2341994
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: Liutex-based Sub-Grid Model for Large Eddy Simulation of Turbulent Flow
EAGER:基于 Liutex 的湍流大涡模拟子网格模型
  • 批准号:
    2422573
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Global spatially explicit gridded transport model coupled with an integrated assessment model: a new-generation simulation framework for transport decarbonization strategy
全球空间明确网格交通模型与综合评估模型相结合:新一代交通脱碳战略模拟框架
  • 批准号:
    23K28290
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
CAREER:HCC: Using Virtual Reality Gaming to Develop a Predictive Simulation of Human-Building Interactions: Behavioral and Emotional Modeling for Public Space Design
职业:HCC:使用虚拟现实游戏开发人类建筑交互的预测模拟:公共空间设计的行为和情感建模
  • 批准号:
    2339999
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Travel: NSF Student Travel Grant for 2024 ACM SIGSIM Principles of Advanced Discrete Simulation (PADS)
旅行:2024 年 ACM SIGSIM 高级离散仿真原理 (PADS) 的 NSF 学生旅行补助金
  • 批准号:
    2416160
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
RAPID: Enhancing WUI Fire Assessment through Comprehensive Data and High-Fidelity Simulation
RAPID:通过综合数据和高保真模拟增强 WUI 火灾评估
  • 批准号:
    2401876
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Medium: Enabling Graphics Processing Unit Performance Simulation for Large-Scale Workloads with Lightweight Simulation Methods
合作研究:SHF:中:通过轻量级仿真方法实现大规模工作负载的图形处理单元性能仿真
  • 批准号:
    2402804
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Travel: Support for U.S. Students to Receive Training on Research Cyberinfrastructure at the 2024 Annual Modeling and Simulation Conference (ANNSIM)
旅行:支持美国学生在 2024 年年度建模与仿真会议 (ANNSIM) 上接受研究网络基础设施培训
  • 批准号:
    2425778
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了