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标  题: 固体和表面（翻译）[转]
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标  题: 固体和表面（翻译）
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固体和表面

固体可以是结晶体、分子晶体或无定形体。分子晶体是可以区分出单个分子的排列有序的
固体。在化学实验研究中情况稍不同与理论研究。因为实验得到的晶体分子的几何对称性大
多来自晶态化合物的X-射线衍射，而大多数的较高级别的计算技术则针对于气态化合物。同
时，许多化学家最为困扰的是溶液相中化合物的行为。

连续体模型
把固体看成是一个具有给定切变强度的连续体，这种模型或类似模型常用于预言固体的力
学性质。可以利用有限元或有限差分的方法来建立这些模型，工程师经常用这种类型的模型
来进行结构分析，这里就不再进一步讨论了。

团簇
使用气相分子计算软件是模拟固体的一种方法。可以模拟足够大的一块固体，这样实际晶
体的中心区域就可以用一个无限晶体的中心区域来描述，这叫作团簇计算。
上述计算完成后，必须对结构按照某种方式进行修整。要是不进行特别修整的话，团簇最
边缘的原子就会带有悬键，这就会影响这些原子的行为，从而反过来影响邻近的原子，继而
又会反过来要求需要更多的原子进行模拟。对于存在共价键的有机晶体，用氢原子修整结构
是非常合理的，因为氢原子的电负性接近于碳原子，从而占用最少的计算资源。对于离子性
很强的化合物，采用一组点电荷——称为“马德隆势（Madelung potential）”对结构进行
修整比较合理。对于介于上述两种极端类型之间的化合物，该选用哪种对结构进行修整就不
得而知，必须一个一个地去试，经常需要研究一番才能做出最好的选择。
正如在能带结构那一章说到的那样，这些计算再现了无限大固体的电子结构，而这对很多
类型的研究非常重要，如模拟一种用于太阳能电池的化合物，此时确定是直接带隙还是间接
带隙就显得很重要。计算能带结构对于模拟无限规则晶体比较理想，但不适合模拟表面化学
或带有缺陷的区域。

缺陷的计算
化学上的兴趣不只是在于研究无限晶体，而更在于研究其他物种是怎样与晶体进行作用的
。同样地，我们有必要模拟一个在某些特别区域存在不同物质的无限晶体的体系。不论缺陷
是在晶体内部还是处于表面，我们可以使用同样的方法来处理。最常用的方法是Mott-Littl
eton缺陷计算。这种方法把一个缺陷放在无限的晶体中，然后来考虑它对能带结构的局部影
响。

分子力学和蒙特卡罗（MONTE CARLO）方法
分子力学方法已经特别适用于模拟表面-液体的相互作用。在固体方面的著作里分子力学计
算叫作“有效势能函数”计算。蒙特卡罗方法用于确定接近于固体表面的溶剂分子的取向。
分子力学可以用于模拟表面的反应和吸收，只要能正确地参数化力场。

无定形材料
模拟无定形固体更难，因为还没有一个严格的方法来  确定一个无定形化合物的结构，甚或
确定一个被发现的物质是不是无定形化合物。可以按照一定的运算法则来构造具有各种杂化
类型和大小的遵循某种统计分布的环的结构。但利用对称性并不能将这种计算简化多少。


建议
总之，固态模拟需要将更多的时间花在研究者的身上，而且经常要进行高强度的CPU计算。
建议研究者们拟定计划，投入大量的时间进行学习和使用固态模拟技术。

参考文献

关于模拟这些体系方面的书籍：

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Materials Springer-Verlag, New York (1996).
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固体模拟的一般性综述
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应用从头算方法的综述
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关于表面吸收的综述
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E. Shustorovich, Modelling of Molecular Structures and Properties J.-L. Rivail
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Ed., 119,
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M. Simonetta, A. Gavezzotti, Adv. Quantum Chem. 12, 103 (1990).
P. J. Feibelman, Ann. Rev. Phys. Chem. 40, 261 (1989).
M. M. Dubinin, Chem. Rev. 60, 235 (1960).

关于无定形固体的模拟方面的综述
C. A. Angell, J. H. R. Clarke, L. W. Woodcock, Adv. Chem. Phys. 48, 397 (1981)
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关于表面相结合的综述
P. S. Bagus, F. Illas, Encycl. Comput. Chem. 4, 2870 (1998).
J. Sauer, P. Ugliengo, E. Garrone, V. R. Saunders, Chem. Rev. 94, 2095 (1994).

E. I. Solomon, P. M. Jones, J. A. May, Chem. Rev. 93, 2623 (1993).

以上文字译自
Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real-Wor
ld Problems.
David C. Young
Copyright ( 2001 John Wiley & Sons, Inc.
ISBNs: 0-471-33368-9 (Hardback); 0-471-22065-5 (Electronic)

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哀公问曰：“何为则民服？”
孔子对曰：“举直错诸枉，则民服；举枉错诸直，则民不服。”

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