挑战理论与计算：理论与计算前沿问题

显然，贯彻实施液态金属材料基因组计划，面临着许多理论和技术挑战。其中主要是计算精度问题。相图计算方法采用各种热力学模型［4］（如规则溶液模型［85］、亚规则溶液模型［86］、似化学理论模型［87，88］等）来描述公式（3-4）中的过剩自由能项，这些模型一般需要引入一定近似或假设，因而或多或少与实际情况存在偏差。理想溶液模型假定所有组元的相互作用都非常小，可以被忽略，即有

将理想溶液模型应用到二元溶液中，吉布斯自由能可以表达为

在规则溶液模型中做了以下假设：对于置换溶液，任一原子周围都有Z个最近邻原子。这里，Z是常数且与中心原子的类型无关［89］。溶液中的原子完全无序，过剩熵等于零。过剩自由能可以表示为

其中，C是组元个数，Lij为组元i和j的相互作用参数，对二元体系来说，(www.xing528.com)

尽管使用规则溶液模型可以近似地描述许多类型的相图，但仍存在着一些不合理的假设。第一，实际溶液中的原子并非完全无序，相互作用参数是所有类型的原子结合能和配位数的函数，温度和组元组分的变化会影响到原子间距，继而影响原子结合能［89］。因此，相互作用参数应该与温度和组分关联起来，而不应该是常数。而且，在混合时原子的振动频率也会发生改变，规则溶液模型没有考虑混合焓和混合熵的原子频率。

第一性原理法可以很好地研究电子层面上的材料特性，可是这种方法仍有许多不足。首先，计算体系相对简单，通常只有不超过100个原子，体系中原子个数越多计算难度越大。所以，需要采用一些近似和外推方法，而这样做的结果是降低了精度。此外，由于要计算高阶线性方程组，所以很耗时。总的说来，将第一性原理和相图计算方法结合起来仍需进一步探索。