稀释点缺陷的 CALPHAD 热力学缺陷能量形式：理论

点缺陷的热力学性质对于确定材料的功能属性至关重要。缺陷稳定性通常通过粒缔构型缺陷形成能来评估，这需要推断平衡化学势或费米能级。这一过程受到化学势和费米能级相互作用以及其对成分和温度依赖性的复杂性。粒缔构型缺陷形成能被添加到总 Gibbs 能中，创建了以缺陷为中心的框架，每个新的缺陷状态都需要一种独立的 Gibbs 能形式。CALPHAD 方法通过将缺陷能量整合到总 Gibbs 能模型中提供了更灵活的替代方案，允许对复杂成分的外推。CALPHAD 统一了使用化学成分作为主要变量来分析化学驱动和电子驱动缺陷的方法。然而，CALPHAD 中使用的化合物能量形式（CEF）存在局限性，例如缺乏缺陷形成能与 Gibbs 能参数之间清晰联系，以及随添加化学或电荷变化而呈指数级复杂度增加。我们提出了缺陷能量形式（DEF）的理论推导，克服了 CEF 的局限性，通过建立绝对缺陷能（独立于化学势和费米能级）与不完整化合物的 Gibbs 能参数之间的显式关系。这一结果是一个来自原理的稀释缺陷模型，无需对实验或仿真数据进行模型拟合。DEF 通过应用绝对缺陷能的叠加作用，降低了 CEF 的复杂度，使其能够对多组分和化学复杂化合物进行建模。本文提供了 DEF 的形式推导，并提供了应用指南，为缺陷材料的更准确和更高效的热力学建模指明了前景。