Cr对Ni_3Al合金化效应的赝势平面波方法

基于第一性原理赝势平面波方法研究了Cr加入Ni-Al合金后对Ni3Al几何和电子结构的影响,计算了不同强化相的晶胞总能量、形成热、结合能、费米能级下的成键电子数以及态密度、电荷密度,从不同角度出发,研究了不同强化相的稳定性。计算结果表明Ni-Al合金中添加Cr,Cr优先置换Al位且析出的新强化相较原强化相Ni3Al更为稳定,原因在于含Cr的新强化相在低能级处强烈成键,提高了其稳定性,其中Ni6Cr2最为稳定,但只在590℃下稳定存在,Ni5AlCr2、Ni6AlCr、Ni4Al2Cr2、Ni5Al2Cr稳定性依次降低。

L10-TiAl合金点缺陷结构的赝势平面波方法研究

采用第一原理赝势平面波方法，计算了L10-TiAl金属间化合物点缺陷结构的能量、几何与电子结构。点缺陷形成热与形成能的计算结果表明：富Ti合金易出现Ti反位缺陷，富Al合金易出现Al反住缺陷。点缺陷结构类型与实验结果一致。基于晶体总电子态密度结构信息，上述计算结果被初步分析。通过计算点缺陷结构模型的弹性常数，比较其G／B值，初步得出点缺陷致使L10-TiAl金属间化合物的室温塑性进一步变差。

Cu合金化Mg_2Ni氢化物能量与电子结构的赝势平面波计算

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Cu合金化前后Mg2Ni相及其氢化物的能量与电子结构。负合金形成热的计算结果表明:Cu合金化Mg2Ni形成Mg2Ni(Ⅱ)''1-xCux(x=1/3)的相结构稳定性最高,两个Cu原子最易占据Ni(Ⅱ)的(0,0.5,0.16667)与(0.5,0,0.5)位置;进一步对其氢化物的解氢反应热进行计算,发现Cu合金化后,氢化物体系解氢反应热与合金化前相比,明显降低,表明Cu合金化Mg2Ni氢化物的解氢能力增强;电子态密度(DOS)与电子密度的计算结果发现:Mg2Ni(Ⅱ)''1-xCux(x=1/3)相结构最稳定的主要原因在于:Cu合金化后氢化物在费米能级处的成键电子数N(EF)与其它结构相比最少;而Cu合金化Mg2Ni氢化物解氢能力增强的主要原因在于:Cu合金化削弱了氢化物中Mg-Ni和Ni-H间的成键作用以及相应原子在低能级区成键电子数的减少。

固体能带计算方法

作者综述了固体能带常用的计算方法,并采用第一性原理赝势平面波方法计算了Si和Ge的电子能带,对计算结果进行了分析。

无磁性HCP相铁在高压下的弹性性质计算

采用量子力学第一性原理出发的平面波赝势(PWP)方法,电子交换关联能采用广义梯度近似(GGA),在不引入实验参量的条件下,通过对无磁性HCP(广角密堆积)相的铁的总能进行从头计算,得到了无磁性HCP相铁的状态方程、不同压力下(0～500GPa)体系在平衡态时晶格常数c与a的比值以及不同压力下弹性系数、体变模量和声速的值,与实验符合较好,优于其它从头计算法得到的结果.说明了PWP加GGA方法在对无磁性HCP相铁作计算时的有效性.

MoSi_2和WSi_2电子结构及光学性质的数值研究

应用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP),考虑广义梯度近似(GGA)下的交换关联势,计算具有C11b型体心立方结构的MoSi2和WSi2单晶的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数和折射率等电子结构及光学特性参量。计算结果表明:该类晶体的价带和导带部分重合,具有典型半金属特性,其费米面附近的态密度主要是由Mo或W原子中的d电子和Si原子3p态杂化而成,对晶体导电性贡献最大的是Mo和W原子中的d电子,其光学性质表现出各向异性,沿c轴方向介电函数和折射率都存在1个向低能方向偏移(红移)且峰值较大的峰;具有C11b型结构的MoSi2和WSi2由于Mo和W原子价电子不同导致其电子结构和光学性质存在微小差别。

碳在α-Fe-Cr(110)表面及内部扩散行为的第一性原理研究

内容导读碳钢-奥氏体不锈钢异种钢焊接接头界面区域的碳偏聚现象,严重降低了焊接件的性能和使用寿命,本文基于第一性原理赝势平面波方法从原子层次探讨了C(碳)原子在α-Fe(110)和α-Fe-Cr(110)表面结构体系中占位及偏聚行为。赝势平面波方法是基于密度泛函理论即第一性原理计算不同体系的基态属性,平面波具有标准正交化和能量单一性的特点,引入赝势可以保证计算中用较少的平面波数就可以获得较为可靠的结果。计算结果表明,C原子固溶于α-Fe(110)、α-Fe-Cr(110)表面结构体系中,均形成稳定的结构;α-Fe-Cr-C(110)体系中随着Cr含量的增加有利于减缓C在表界面的偏聚;C原子更易偏聚于α-Fe(110)表界面,这一特点促使C更多的偏聚于碳钢-奥氏体钢界面的碳钢一侧。α-Fe-Cr(110)结构表面的稳定性逐渐增强,形成能力逐渐增大。

C掺杂β-Si_3N_4的电子结构和光学性质

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对替代式C掺杂β-Si3N4的超晶胞电子结构进行了模拟计算,分析了β-Si3N4:C的电子结构和光学性质.对C掺杂前后电子结构的异同以及价键的一些性质进行了对比分析发现,由于C的掺杂,价带宽度展宽,导带宽度和禁带宽度均变窄;态密度出现了几个新的峰,平均峰值有所减小.通过对比分析光吸收系数发现,相对于β-Si3N4的光吸收系数,β-Si3N4:C的吸收系数有所降低,并且向长波方向移动,100nm处的吸收峰向长波方向移动约11.8nm.

B2-RuAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式。结果表明:RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位。这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高。进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好。

Mg_(17)Al_(12)相Ca合金化结构稳定性的第一原理研究

采用第一原理赝势平面波方法,计算了Mg17Al12相Ca合金化前后的能态与电子结构。计算结果显示:当Ca分别置换Mg17Al12相中Mg(Ⅰ)、Mg(Ⅱ)和Mg(Ⅲ)原子时,(Mg17-xCax)Al12相(x=0,1,4,12)的负生成热逐渐升高、结合能逐渐增大,表明Ca置换Mg17Al12相中Mg(Ⅲ)原子时其Ca合金化能力最强,合金化后形成的(Mg5Ca12)Al12相结构稳定性最高。电子态密度(DOS)分析结果表明:Ca合金化后Mg17Al12相结构稳定性升高的主要原因是由于合金化后来自Al(p)和Ca(s)的价电子使其在低能区的成键电子数增多。

3d过渡金属在NiAl中占位的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法研究了NiAl X(X为 3d过渡金属 )合金体系的几何与电子结构。通过合金形成能的计算与分析发现 :合金化元素的外层价电子数对其在B2 NiAl中的占位有非常明显的影响 ,低价电子数的前过渡金属Sc、Ti、V与后过渡金属Zn主要占据Al原子位 ,具有未满d壳层高价电子数的Mn、Fe、Co则主要占据Ni原子位 ,而含有半满或满d壳层的Cr与Cu ,则既可占据Ni原子位也可占据Al原子位 ,但倾向于占据Ni原子位。随着合金化元素外层价电子数的增加 ,3d过渡金属优先占据Ni原子位的趋势增大 ,至Mn时达到最大 ,然后随着价电子数的进一步增加 ,这种趋势逐渐减小。通过对这些合金化元素价电子态密度图的变化 ,说明 3d过渡金属在B2

NiAl力学性质合金化效应的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算几种合金化元素X(X=Cr、Mn、Fe、Co和Cu)与不同Fe含量(0,3.125%,4.167%,6.25%,摩尔分数)(NiFe)Al超胞的几何与电子结构,并采用如下几个力学参数:弹性常数C44、Cauchy压力参数(C12-C44)、弹性模量E和剪切模量G及比值G/B0等,表征和评判了合金化元素X与不同Fe含量对NiAl金属间化合物延性与硬度的影响。结果表明:高浓度(6.25%)合金化虽可提高NiAl晶体的硬度,但却导致NiAl延展性降低,合金化后NiAl硬度增加的次序为:(Ni7Mn)Al8>(Ni7Co)Al8>(Ni7Fe)Al8>(Ni7Cr)Al8>(Ni7Cu)Al8>NiAl,其延性降低次序则与硬度增加次序相反;随着Fe含量的升高,NiAl晶体的硬度增加,但其使硬度增加的上限约为4%,而随着Fe含量的降低,NiAl晶体的延性逐步增大,当Fe含量低到一定程度时,可改善NiAl晶体的本征脆性。

L1_0-TiA l金属间化合物Mn,Nb合金化电子结构的计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了L10型TiA l金属间化合物中掺入Mn,Nb后的电子结构和价键结构。通过合金原子形成热得出:Mn优先占据A l点阵位置,Nb优先占据Ti点阵位置。Mu lliken聚居数分析发现:Mn或Nb合金化后,分别降低了(001)和(002)面内的原子间键合强度,掺入Nb还降低了层间的原子间键合强度,而掺入Mn,则使层间原子间键合强度增加。整体上来讲,掺入Mn有利于改善TiA l的室温脆性,而掺入Nb,不利于改善TiA l的室温脆性。

C、N、O在α-Fe中扩散激活能的计算

采用第一性原理赝势平面波方法计算C、N、O在α-Fe中扩散激活能。首先,把间隙原子放入四面体或八面体间隙位置进行优化,得出C、N、O位于α-Fe的八面体间隙位置,然后利用LST/QST方法计算出扩散激活能,计算结果与文献报道的实验值吻合。

BaTiO_3的电子结构和光学性质(英文)

采用第一性原理赝势平面波方法,在局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)下分别计算了BaTiO3立方相和四方相的电子结构,并在局域密度近似下计算了BaTiO3立方相的光学性质.结果表明,BaTiO3立方相和四方相都为间接带隙,方向分别为Γ-M和Γ-X,大小分别为2.02和2.20eV.对BaTiO3和PbTiO3铁电相短键上电子布居数的对比分析,给出了它们铁电性大小的差别.且在30eV的能量范围内研究了BaTiO3的介电函数、吸收系数、折射系数、湮灭系数、反射系数和能量损失系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释.计算结果与实验数据相符合.

B2-YX(X=Cu,Rh,Ag,In)点缺陷结构及其基本物性的理论计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-YX(X=Cu,Rh,Ag,In)金属间化合物的基本物性。通过对不同点缺陷结构形成热和形成能的计算与比较,分析和预测了B2-YX金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式。结果表明:B2-YX点缺陷结构主要是X子晶格上的空位与Y子晶格上的反位,在富Y的YX金属间化合物中主要为X空位,在富X的YX金属间化合物中则主要是X反位。通过对B2-YX金属间化合物完整晶体与点缺陷结构Cauchy压力参数C12-C44和G/B0值的比较,发现点缺陷能明显提高B2-YX金属间化合物的室温塑性,推测这很可能是含有点缺陷的实际B2-YX多晶材料比无缺陷理想单晶和NiAl多晶材料表现出更好室温塑性的原因之一。

Ag表面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Fcc-Ag晶体及其Ag(111)、Ag(110)与Ag(100)自由表面的能量、几何与电子结构。根据表面能的计算,预测了Ag表面的结构稳定性,结果表明密排Ag(111)面结构稳定性最好,低指数奇异面Ag(100)面次之,Ag(110)面的结构稳定性最差。通过对不同表面几何与电子结构的比较,初步分析了其结构稳定性差异的产生原因。表面原子驰豫不仅引起表面几何结构的变化,而且使表面层的电子结构与键合特性发生改变。驰豫后表面层原子的部分价电子跑到了表面层以上的真空区,使表面层原子的电子态密度峰形发生变化,还新形成了表面态,这是表面能产生的主要原因,而Ag(110)表面相对于Ag(111)与Ag(110)表面具有高表面活性的主要原因则源于其表面层原子显著的结构驰豫。

L1_0-TiAl基本物性的计算与比较研究

为了从理论上进一步揭示L10型TiAl金属间化合物的本征物性,采用第一原理赝势平面波方法,计算了L10型TiAl金属间化合物的平衡晶格常数、合金结合能、形成热、弹性常数以及点缺陷形成能,并与其他计算方法和实验测试的结果进行了比较.点缺陷形成能的分析结果表明,富Ti合金易出现Ti反位缺陷,富Al合金易出现Al反位缺陷;双空位形成能的分析结果表明,Ti-Ti最近邻双空位形成能最低,表明这种Ti-Ti最近邻双空位最稳定.基于晶体总电子态密度与各原子分波态密度等电子结构信息,对上述计算结果进行了初步分析.

Aln（n=2-24，55）团簇结构特性的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算Aln（n=2～24，55）团簇的几何、能态与电子结构，通过结合能Eb、HOMO-LuMO能隙△EH-L．与能量二阶差分△2E（n）表征和考察团簇原子数n对Aln团簇基态结构稳定性的影响。结果表明：Aln团簇结构稳定性随团簇原子数n增加而增大，并在n为7，11，13，19，23等近幻数和高对称性结构处出现极值，相对其临近Aln团簇，具有较高的结构稳定性。DOS与吸收光谱分析表明，随着团簇内部s-p电子杂化的逐渐增强，Aln团簇结构的稳定性也随之增加，但即使当团簇原子数n达到55时，其微弱的表面效应仍不能消除。

B32-LiAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B32-LiAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构.通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了B32-LiAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明:B32-LiAl金属间化合物的点缺陷主要是在Li子晶格上出现空位缺陷与在Al子晶格上出现反位缺陷.基于晶体总电子态密度与电荷密度分布等电子结构信息,对上述计算结果进行了初步分析.