L1_2-Al_3Li金属间化合物点缺陷浓度的第一原理计算

运用第一原理平面波赝势方法计算L12-Al3Li金属间化合物点缺陷的形成焓,并结合Wagner–Schottky模型,研究L12-Al3Li金属间化合物在523、673、823和1 000 K时点缺陷浓度与成分之间的关系。结果表明:在这4个温度下,L12-Al3Li金属间化合物中Al空位浓度最小,Li空位浓度次之,Al反位和Li反位的缺陷浓度较大。Al反位和Li反位缺陷浓度在理想金属间化合物Al3Li化学计量比成分处基本相同,不过两种反位的缺陷浓度随着合金成分相对于化学计量比成分的偏离而变化显著,在富Al端Al反位缺陷浓度较大,在富Li端Li反位缺陷浓度较大。运用Arrhenius方程计算点缺陷的有效形成焓,结果显示Al反位和Li反位的有效形成焓较小且基本相同,Li空位次之,Al空位最大。

Fe对NiAl力学性能影响的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,基于虚拟晶体势函数近似(VCA),计算Fe合金化(浓度x<3.0%,原子分数,下同)时完整与缺陷B2-NiAl晶体的弹性性质,并采用弹性常数C44、Cauchy压力参数(C12-C44)、杨氏模量E、剪切模量G及其与体模量B0的比值G/B0等,表征和评判Fe合金化浓度x对NiAl金属间化合物延性与硬度的影响。结果表明:无论是无缺陷的理想NiAl晶体,还是含Ni空位或Ni反位的NiAl缺陷晶体,x<0.6%的Fe合金化均可使其硬度大幅提高。Fe合金化浓度低于0.5%时,虽然完整NiAl晶体的延性变差,但含Ni空位的缺陷NiAl晶体的延性却可明显改善,并以x=0.2%～0.4%时韧化效果最好。Ni空位或Ni反位降低B2-NiAl晶体的本征延性。实验中0.20%～0.25%的Fe合金化对NiAl晶体延性的改善很可能源于Fe原子与NiAl晶体中Ni空位间的关联与协同作用。

Nb元素影响TiAl金属间化合物键合特征的第一原理计算

采用第一原理方法,研究了Nb元素对TiAl金属间化合物电子结构及其对Ti,Al和O原子键合作用的影响.研究结果表明,Nb元素对富Ti和富Al的TiAl金属间化合物体系电子结构及键合作用的影响不同.对于富Ti的TiAl金属间化合物体系,Nb原子取代Ti晶格位置后,减小了Ti费米能级处的电子密度,削弱了Ti原子与O原子间的相互作用;同时增强了Al原子中s电子和O原子中p电子的相互作用.而Nb原子对富Al的TiAl金属间化合物体系中Ti/Al与O的相互作用影响较小.同时,向TiAl金属间化合物中掺杂Nb元素,增大了TiO2的生成能垒,减小了Al2O3的生成能垒,有利于促进抗氧化膜Al2O3的生成.因此,添加合金化元素Nb有利于提高TiAl金属间化合物的抗氧化性能,这与实验报道相一致.

Ru合金化Ni／Ni3Al相界断裂功的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了Ru合金化前后γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的电子与能态结构,并比较强化元素Ru分别占据不同亚点阵位时对相界断裂强度的影响。结果表明:Ru置换Ni/Ni3Al相界区域中的Ni或Al原子,都可明显提高Ni/Ni3Al相界的断裂强度;尤其以Ru置换γ-Ni/γ′-Ni3Al相界界面层的Al原子时,对相界的强化效果最好。电子态密度与电子密度分布图的分析结果显示:Ru合金化对γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的强化可归因于Ru与其最近邻Ni原子间强烈的电子相互作用引起的相界区域层间原子价键强度的增强。

对锐钛矿相TiO_2的第一原理计算

用TiO2 作为阳极的光电化学电池的工作以来 ,对TiO2 的光催化机理的研究已发展成为一个热门研究领域 .从第一原理计算的角度 ,用基于密度泛函理论的全电势线性缀加平面波法 ,对锐钛矿相TiO2 的晶格结构和电子结构作了比较系统的计算 .通过使总能量和原子受力达到最低 ,得到晶格的优化结构 ,结果与实验符合得很好 .由晶格优化结构得到电子结构 ,包括能带结构、X射线吸收谱等 .其中能带结构间接跃迁能隙为 2 .1 2eV ,价带的较高态宽度与X射线衍射谱 (XPS)实验值完全一致 .

掺Pb锐钛矿型TiO_2晶胞几何和电子结构的第一原理计算

采用第一原理方法,计算了Pb掺杂锐钛矿型TiO2的晶胞几何结构和电子结构。由于Pb的原子半径大于Ti,掺Pb后晶胞体积明显增大;水平方向和顶点方向的Pb-O键键长比相应的Ti-O键键长增长。由于Pb与O原子的sp轨道杂化作用,与Pb近邻的O原子p电子态出现尖锐的峰,并使处于第一价带的p电子态的带宽由4.6eV增至7.3eV;同时O的p轨道产生空态,掺杂后系统的导带底由Pb的p轨道构成。Pb掺杂使得锐钛矿型TiO2的能隙大幅度减小,因此,可以通过掺杂Pb实现对于锐钛矿型TiO2的能带调制,从而改变TiO2的光催化性能。计算结果与实验趋势相符。

氢在沉淀强化合金γ/γ′间占位的第一原理计算

本文针对沉淀强化奥氏体合金氢脆通常较单相奥氏体严重这一点,采用离散变分方法对氢在沉淀强化奥氏体合金中γ基体与γ′相之间占位进行了第一原理计算和分析。结果表明,氢原子在一般沉淀强化合金的γ与γ′相错配度范围内不会偏聚在相界,而是倾向进入基体中,错配度的微小变化对氢的占位没有影响。只有错配度大于3.7%左右,相当于有一定应变的条件下,氢才会有进入γ′相的倾向。在形变过程中进入γ′相的氢使得γ基体与γ′相界面原子成键的方向性增强,从而影响合金的氢脆性能。

Al-Li系统性质的第一原理计算(英文)

用第一原理方法对铝、锂及铝锂二元系统金属间化合物的稳定和亚稳相的原子体积、弹性性质及形成焓等热力学性质进行了计算,结果表明:计算的平均原子体积略大于实验值,计算的体积模量与已有的实验值符合得比较好,对铝锂系统来说,计算的体积模量随锂的浓度的增加单调下降.对铝锂系统的稳定和亚稳定相的形成焓的计算表明,最稳定相为B32结构的Al-Li金属间化合物.

α_2-Ti-25Al-xNb合金力学性质的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了D0_19结构的α_2-Ti-25Al-xNb(x=O—12,原子分数,%)晶体的弹性模量(B, G和E)和抗拉强度(σ_b),并利用Cauchy压力(c_(12)-C_(44))与G/B比值表征和评判了不同浓度Nb合金化时α_2一Ti-25Al- xNb合金的韧脆化倾向.结果表明:在x=2—12时,α_2-Ti-25Al-xNb晶体的抗拉强度(σ_b)与σ_2相合金的弹性模量(B, E和G)随x增加而增大;在x=0—6时,α_2-Ti-25Al-xNb合金脆性有一定改善,且x值越大韧化效果越好;但在x=7—9时,相对于α_2-Ti_3Al,合金脆性不但没有得到弱化,反而随x增加而加剧;随后,当x进一步增大时,合金脆性又随x增加再次得到改善,至x=12时,α_2-Ti-25Al-xNb合金的韧化效果最好.通过电子态密度(DOS)和投影电子态密度(PDOS)等电子结构的分析,初步解释了Nb的这种强化与韧化作用.

Ti-Nb-Al体系相结构稳定性的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,从合金结合能角度揭示了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8相变的能量学因素,从相变热的角度解释了γ1(Ti4Nb3Al9)新相产生的原因,并从电子态密度在费米能级上电子数的多少阐明了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8→Ti4Nb3Al9相变的电子机制。从理论上说明了在Ti-Nb-Al体系中,随Nb含量增加,在能量与电子结构层次上产生γ1相的原因。

W原子薄片磁性的第一原理计算

应用基于密度泛函理论的第一原理方法,对单原子层的W原子薄片的磁性进行了计算.结果表明:稳定的W原子单层没有磁性,但是在晶格被拉伸的情况下会出现磁性.晶格被拉伸时,反铁磁结构比铁磁结构更早出现磁性,正方结构比斜方结构更快出现磁性.不管是铁磁,反铁磁的平面结构,平面近六角结构最为稳定;反铁磁结构比铁磁结构更加稳定.

B2型Ti-Al-X合金相稳定性与力学性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了B2-Ti-Al-X(X=Cr、Mo、Nb、W、Zr和Hf)晶体的电子与能态结构及其弹性性质,通过合金形成热和Born稳定性判据考察了过渡金属元素X在B2-TiAl晶体中的择优占位趋势与力学稳定性,并采用Cauchy压力参数(C12-C44)和B/C44比值表征和评判了X对B2型Ti-Al-X合金延性的影响。结果表明:Cr、Mo、Nb、Zr和W在B2-TiAl晶体中优先占据Al点阵位,Hf则主要占据Ti点阵位。添加Cr、W或Zr后,B2型Ti4Al3Zr、Ti4Al3W和Ti4Al3Cr合金的延性相对于γ型TiAl合金有所提高,B2-TiAl合金的Nb、Mo或Hf合金化则没有这种韧化效果。

基于第一原理计算拟合Ti,Si,N原子间作用势

为了实现时Ti-Si-N纳米薄膜的原子尺度仿真,本文根据第一原理计算结果,采用Morse势对Ti,Si,N之间作用势进行拟合,并利用TiN二维拉伸模型进行验证.拟合结果表明,采用简单作用势拟合第一原理结果,此方法简单有效,为将来对Ti-Si-N纳米复合材料的仿真奠定了基础.

镍原子链磁性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了自由空间中的一维镍原子链的结构稳定性和电子性质.计算结果发现,镍的线性和平面之字型一维链式结构和体金属镍一样,基态都表现出铁磁性,并且从三维的金属镍到二维平面之字型结构链再到一维线性原子链,体系磁性逐渐增强.通过对两种原子链态密度的分析发现,在低维状态下镍原子链不管是直线链还是之字型结构都有很高的自旋极化率,说明一维镍原子链在自旋电子器件方面有潜在的应用前景.

Ir合金化Ni/Ni_3Al相界断裂功的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了Ir合金化前后γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的电子与能态结构,并比较了Ir元素分别占据不同亚点阵位时对相界断裂强度的影响。结果表明Ir优先取代Ni原子,其次是Al原子,较难占据间隙位。Ir取代Ni或Al位时,可以提高γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的断裂强度,但提高有限。电子态密度与电子密度分布图显示,Ir合金化对γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的强化的原因是Ir与其最近邻Ni原子间的电子相互作用引起的相界区域层间原子价键强度的增强。

Si对Ni/Ni_3Al相界断裂功影响的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法计算了在γ-Ni/γ’-Ni3A1相界掺杂Si时的原子占位趋势,并比较了Si元素占据不同亚点阵位时对相界断裂强度的影响。计算结果表明:Si优先取代Ni原子,其次是Al原子,较难占据间隙位。断裂功计算表明Si对相界断裂强度的影响并不显著。

B2－NiAl力学性质Cr合金化效应的第一原理计算

采用第一原理赝势平面渡方法和基于虚拟晶体势函数近似（VCA），计算了Cr合金化（浓度x〈1．0at％）时完整与缺陷B2-NiAl晶体的弹性性质，并采用弹性常数G44、Cauchy压力参数（C12-C44）、杨氏模量E、剪切模量G及其与体模量B0的比值G／B0等，表征和评判了Cr合金化浓度X对NiAl金属间化合物延性与硬度的影响。结果表明：Cr合金化浓度在0～1at％范围内均对NiAl晶体的硬度有明显影响。无论点缺陷存在与否，Cr合金化均可使B2-NiAl晶体的硬度大幅提高。Cr合金化浓度在0at％～0．5at％区间，有利于无缺陷NiAl晶体材料延性的提高，且以0．05at％的合金化浓度为最好。Ni空位或Ni反位降低B2-NiAl晶体的本征延性。Cr合金化浓度在x〈1at％时，Ni空位的NiAl晶体增塑效应并不明显，而对于Ni反位的缺陷NiAl晶体，Cr合金化浓度在0．9at％附近存在比较明显的增塑效应。

Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算

通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法,对Mg-Al-Y合金中的主要强化相,即Al_2Y和Al_3Y的相稳定性、电子结构、弹性性质以及热力学性质进行计算。相生成热的计算结果表明:Al_2Y和Al_3Y均可稳定存在,Al_2Y的结构稳定性更强,因此,在合金的凝固过程中,Al_2Y优先析出。Al_2Y和Al_3Y的电子态密度(DOS)和差分电荷密度计算的结果表明:Al_2Y和Al_3Y两相可以稳定存在的内在本质在于Al原子与Y原子的价电子轨道发生强烈的相互作用,形成了spd杂化。两相内的原子成键均为共价键、离子键和金属键。体模量B、剪切模量G、弹性模量E、泊松比v和各向异性因子A等力学性质参数的计算结果表明:这两种相为强硬的脆性相并都为各向同性,因此,具有相似的强化效果。两相熔点较高表明其具有很好的热稳定性,能够提高合金的高温性能。声子谱和声子态密度计算以及德拜温度的计算结果进一步验证了两相具有结构稳定性较高。两相的热力学性质符合一般热力学规律,其中自由能的计算结果表明:两相的稳定性顺序没有发生变化。随着温度的升高,Al_2Y的结构稳定性仍强于Al_3Y的。

元素掺杂对Bi电迁移影响的第一原理计算

应用第一原理方法研究通过元素掺杂来抑制SnBi无铅焊料中Bi的电迁移问题。在SnBi体系中掺杂Zn和Sb元素,通过用近弹性带方法计算掺杂体系中Bi元素的扩散能垒。结果表明:加入Sb之后,Bi的扩散能垒由原来的0.32 eV升高到0.46 eV,扩散激活能由原来的1.14 eV升高到1.18 eV;加入Zn后,Bi的扩散能垒由原来的0.32 eV升高到0.48 eV,扩散激活能由原来的1.14 eV升高到1.22 eV。由此可得,Zn和Sb的加入都能够提高Bi的扩散激活能,起到抑制扩散的作用。通过分析态密度可知:加入Zn和Sb后,体系中Sb与Bi的p态曲线几乎完全重合,比Sn与Bi的p态曲线重合度高很多,说明Sb和Bi的共价键作用很强,且比Sn-Bi的共价键作用强,从而增加Bi的扩散能垒。同样,Zn和Bi的p态曲线重合度也比Sn和Bi的曲线重合度高很多,表明Zn—Bi的共价键同样比Sn—Bi的共价键强,所以Zn的加入同样增加Bi的扩散能垒。总结说来,Sb和Zn的掺杂能够抑制SnBi焊料中Bi的电迁移。

石墨烯纳米网电导特性的能带机理：第一原理计算

通过第一原理电子结构计算来研究有序多孔纳米网的电导特性变化的能带机理.能带结构分析结果表明:石墨烯纳米网超晶格(3m,3n)(m和n为整数)的电子本征态在布里渊区中心点发生四重简并;碳空位孔洞规则排列形成的石墨烯纳米网具有由简并态分裂形成的宽度可调带隙,无论石墨烯的两个子晶格是否对等.在具有磁性网孔阵列的石墨烯纳米网中,反铁磁耦合使对称子晶格的反演对称性增加了一项量子限制条件,导致能带结构在K点的二重简并态分裂成带隙.通过控制网孔密度能够有效调节石墨烯纳米网的带隙宽度,为实现新一代石墨烯纳米电子器件提供了理论依据.