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第41卷第2期山西大同大学学报（自然科学版）Vol.41No.2

2025年4月JournalofShanxiDatongUniversity(NaturalScienceEdition)Apr.2025

文章编号：1674-0874（2025）02-0010-06

基于第一性原理计算方法的云冈石窟矿物物相分析

1，2131*4

朱弘伟，张睿，马文睿，董继宇，李浩楠

（1.山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009：

2.镁合金新材料及成形山西省技术创新中心，山西大同037009；

3.山西大同大学教学质量监控与督导中心，山西大同037009；

4.燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛066004）

摘要：从矿物角度分析，云冈石窟砂岩矿物成分主要含有石英(SiO)、钾长石(KO，AlO)、方解石(CaCO)等，

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为进一步探究其理化性质，利用第一性原理的方法来获得各矿物质的化学和物理性质，可以为文物保护提供理论

依据。该研究采用基于密度泛函（DensityFunctionTheory，DFT）的第一性原理，运用MaterialsStudio软件中的

CASTEP模块计算得到结构的晶格常数与弹性性质，电学性质、差分电荷密度、轨道和布居数，与能、焓、熵、各向异

性因子相互关联，从而分析结构的物理化学性能。研究结果发现：AlO、SiO、CaCO以及KO四种化合物的稳定

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性逐渐增加并且可以稳定存在；四种化合物中Al-O键最强，Si-O键与Ca-O键次之，C-O键最弱，化合物稳定性按照

AlO、SiO、KO、CaCO的顺序递减；在相同的外力作用下，四种化合物的抗变形能力和抗剪切能力按照AlO、

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SiO、CaCO、KO的顺序递减；变形量则按序递增；塑性按照AlO、KO、SiO、CaCO的顺序递增。

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关键词：云冈石窟；第一性原理；弹性性质；电荷密度

中图分类号：TG131文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1674-0874.2025.02.003

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建于北魏的云冈石窟作为我国的四大石窟之一表面粉化脱落的重要因素。王来贵等为研究云冈

有着重要的文化艺术和历史地位，距今已走过1500石窟砂岩孔状风化现象的研究机理，对现场选取的

多年的岁月，在2001年被联合国教科文组织列入世含结核砂岩进行冻融循环试验，结果表明随冻融循

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界遗产名录。经历了漫长的自然风化作用后，各窟环周期增加，结核与基质