氦原子在金属中的扩散势垒计算

我们利用ＥＭＴ方法计算了氦原子在金属中的能量性质，获得了从间隙位置到间隙位置以及从空穴到间隙位置的扩散势垒，与实验值相一致。

具有不同扩散势垒的p型(Bi_(1-0.85)Sb_(0.85))_2Te_3和PbTe二元梯度热电材料的研制

在分析了热电材料的发展背景和研究理论的基础上，采用热压法制备出单体和双层具有不同扩散势垒的（Bi1-0.85Sb0.85）2Te3与PbTe体系二元梯度热电材料．金属，Fe，Ni和Mg被用作层间扩散势全材料．测定了它们的热电性能，分析了它们的物质组成和各层内和层间的成分分布，确定出较好的扩散势垒材料为金属铁和钴．

Cu(111)面上原子扩散势垒的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)结合平板周期模型方法,对Cu在Cu(111)表面fcc洞位、hcp洞位的吸附模型进行了几何优化,并用从fcc洞位到hcp洞位过渡态计算的方法,研究了Cu在Cu(111)表面的扩散势垒.通过对不同基底层数、不同表面弛豫层数、不同覆盖率的比较,得到基底层数为4层、表面弛豫1层、覆盖率为1/4ML(monolayer)时,Cu在Cu(111)表面的扩散势垒和实验结果吻合得较好.在此基础上,计算了Fe、Ni、Co等磁性原子在Cu(111)表面的扩散势垒.

异种原子及原子团簇在Cu表面扩散势垒的静力学计算

利用分子动力学中的静态计算方法分别计算了单个增原子(Cu,Ag,Pd)以及二聚物(CuCu,AgAg,PdPd,CuAg,CuPd)在金属铜表面上的扩散势垒,并将计算结果进行了分析比较.结果表明:1)相对交换机制而言,Cu表面增原子和二聚物容易通过跳跃机制扩散;不同种类的增原子的跳跃扩散势垒的大小关系是E(Ag)<E(Cu)<E(Pd),而交换势垒则相反.2)二聚物在Cu(100)表面上的扩散势垒之间关系与单个增原子的情况相似;二聚物从亚稳态到平衡态的跳跃扩散势垒比平衡态到亚稳态的势垒小得多,说明二聚物易于通过联动方式扩散而不是进一步分离.3)二聚物中邻近同质原子或异质原子的存在对Cu表面原子的扩散势垒的影响很小.

氧在金属及其氧化物中的表面及扩散势垒的计算

使用一种较简单的计算方法，研究了氧在简单金属及其氧化物中的表面穿透势垒及扩散势垒，发现表面势垒及扩散势垒值依赖于材料结构及弛豫能力．部分数据与现有的实验值作了比较，两者基本相符．

柔性金属-有机骨架材料中甲醇吸附和扩散的分子模拟

采用分子力学和分子动力学相结合的方法,对甲醇在Ni2(4,4'-bipyridine)3(NO3)4中的吸附能和扩散势垒进行了研究.结果表明,每个Ni2(4,4'-bipyridine)3(NO3)4结构单元的饱和吸附量是4个甲醇分子,稳定吸附分子个数是2个,吸附多于2个甲醇分子时材料结构变形明显,是甲醇实验吸附等温线出现梯级现象的原因,计算的扩散势垒是35.94kJ?mol-1,与实验值符合较好.得出,结构变形对吸附分子在柔性金属-有机骨架中的吸附和扩散性质有重要影响.

空位对Cu/Sn无铅焊点界面元素扩散的影响

界面柯肯达尔空洞形成的过程伴随着空位的形成与扩散,对空位行为的研究有利于深入理解界面扩散和空洞形成过程.运用分子动力学方法模拟Cu/Cu_3Sn界面上空位对扩散的影响,计算空位形成能、扩散势垒及空位扩散激活能.结果表明,相同条件下含空位的模型发生扩散的几率要高于不含空位的模型.另外,计算表明铜晶体的空位形成能大于Cu_3Sn晶体中铜空位的形成能;Cu_3Sn晶格中不同晶位的Cu空位(Cu1空位和Cu2空位)的形成能比较接近,但均小于锡的空位形成能.此外,对Cu/Cu_3Sn界面的空位扩散势垒及空位扩散激活能的计算结果表明,Sn原子的空位扩散激活能高于Cu原子.

有效介质理论计算He原子在金属钒中的扩散行为

采用有效介质理论,并考虑晶格驰豫的影响计算He原子在金属钒中的嵌入能,通过能量分析推测He原子在金属钒中可能的扩散路径和扩散势垒,计算结果表明,He原子在金属钒bcc结构的四面体间隙位置有能量的最低点,为4.37eV,在八面体间隙位置嵌入能比四面体间隙位置的稍大,He原子在金属钒的bcc结构中最有可能在(100)面内沿着由位置(1,1/4,1/2),(1,1/2,1/2),(1,3/4,1/2)联成的直线(或其等价晶面相应联线)向外扩散。

分子动力学模拟Gd原子在Cu低密勒表面的扩散过程

为了分析Gd吸附原子在Cu(001)、Cu(110)和Cu(111)表面的扩散机制,本文用分子动力学对该扩散过程进行模拟。模拟结果表明在Cu(001)和Cu(111)表面,Gd原子通过跳跃机制扩散;在Cu(110)表面,在[1 1 0]方向Gd原子通过跳跃机制扩散,而且多步跳跃频率很高,而在[0 0 1]方向则通过交换机制扩散。通过对扩散频率的拟合,发现在各种扩散机制都符合Arrhenius公式,从而确定了在Cu(001)和Cu(111)表面扩散势垒分别为0.19 eV和0.013 eV,在Cu(110)表面,沿[1 1 0]方向跳跃扩散势垒和沿[0 0 1]方向交换扩散势垒分别为0.097 eV和0.33 eV。

氢气在Ti原子掺杂的镁薄膜表面的解离和扩散研究

基于密度泛函理论计算,研究了氢气分子与Ti原子掺杂的镁薄膜表面的相互作用。结果表明,Ti原子替代在镁薄膜表面第二层的位置最稳定。氢气在Ti原子掺杂的镁薄膜表面(Ti原子替代在第二层)的解离势垒下降至0.76e V。第1个氢原子扩散势垒是0.11 e V,氢原子离开Ti原子扩散至更远的位置,而不是吸附在Ti原子旁边;催化剂原子不会与先解离的氢气原子成键。研究表明,掺杂Ti的镁薄膜是一种拥有良好性能的储氢材料。

微波辅助萃取过程中的分子扩散系数

建立了微波萃取虎杖中白藜芦醇过程中的分子扩散势垒模型;结合粘度理论建立了分子扩散系数与活化能之间的关系;利用活化能的概念和微波吸收功率密度表达式得到微波作用下的扩散系数表达式。从表达式可以看出,微波作用下的扩散系数与目标萃取物质的密度、微波频率及萃取温度有关,与未加微波的情况比较扩散系数明显增大。在微波辅助萃取有效成分过程中,若萃取温度较高,应选择频率较高的微波进行萃取,以最大限度提高扩散系数;对可能发生热失控现象的物质进行提取时,萃取温度应选择在临界温度附近,此时扩散系数较大。

稀土专利摘编

一种氢原子在稀土元素掺杂铁中扩散的分析方法申请号:CN202211584528.9(公开)日期:2023.05.12申请(专利权)人:攀钢集团研究院有限公司本发明公开了一种氢原子在稀土元素掺杂铁中扩散的分析方法,该方法包括:建立金属铁的晶胞模型;分析势文件得到平面波截断能信息,利用第一性原理计算方法,对晶胞模型进行结构优化,得到稳定的晶胞结构及晶格参数;在稳定的晶胞结构中掺入稀土元素,并进行结构优化,得到稳定掺杂结构;在稳定掺杂结构中加入氢原子,计算氢原子在不同掺杂位置的结合能,找到氢原子最稳定存在的位点;根据氢原子可能存在的位置,计算寻找氢原子扩散过程中的过渡态,并计算扩散路径以及扩散势垒;进行电子性能计算,分析氢原子掺人前后电子转移以及原子成键的变化。

不同元素掺杂对氯离子在TiO2膜扩散的影响研究

通过过渡态计算软件CINEB模拟了不同元素掺杂到金红石型TiO2膜后,氯离子在TiO2膜的扩散路径和对扩散势垒的影响。结果表明,TiO2膜中扩散路径A具有更大的孔洞,钛和氯离子吸附性较弱,使氯离子扩散势垒较小,因此氯离子在路径A中更容易扩散。Al元素掺杂后铝原子失去电子转移到邻近的氧,氯离子和氧离子间存在较强的排斥作用,导致晶体结构畸变,有效阻碍氯离子扩散,提高耐腐蚀性能。Mo元素掺杂后,Mo的3d轨道与Cl的2p轨道有较强的杂化作用,Mo和Cl之间有较强吸附作用,使得氯离子很难脱离,因此提高材料的耐蚀性。Al、Zr、Mo、Nb的扩散势垒较高,对提高钛合金的耐腐蚀性能有显著作用。通过实验验证了Ti-5.5Al-3.0Zr-2.0Sn-0.8Mo-1.5Nb合金的自腐蚀电流最小,耐腐蚀性能最好,与计算结果一致。

氧、氢和碳原子在α-铀(001)表面吸附与扩散特性的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论系统研究氧、氢和碳原子在α-铀(001)表面的吸附与扩散特性。研究发现:在铀表面氧原子与氢原子择优吸附在H2位置,碳原子倾向于占据在H1位置;氧原子在铀表面的扩散势垒较低,容易在铀表面上扩散,形成表面氧化层;氢原子的扩散势垒较高,碳原子的扩散势垒最大,难以在表面扩散。吸附原子从铀表面向次表面层扩散时,氧原子的扩散势垒很高,难以向次表面扩散;碳和氢原子的扩散势垒较低,特别是在氧的辅助作用下,碳原子向次表面的扩散势垒降低约0.5 eV,使碳原子易于向次表面层扩散;铀表面上会形成氧化层,次表面会形成富碳层,可对铀的进一步氧化起到抑制作用,这与相关实验结果符合较好。

吸附原子及二聚物在Ag(111)和Cu(111)表面上的扩散和解离研究

采用分子动力学静态计算的方法分别对Ag、Cu和Ag2、Cu2在Ag(111)和Cu(111)表面上的扩散势垒分别进行了计算,探讨同质和异质以及异质中互换衬底和吸附原子的情况下吸附原子或二聚物在表面上的扩散和解离势垒的特点,并与吸附原子或二聚物与衬底的结合能、匹配关系等进行比较,探讨吸附原子和二聚物的扩散势垒与结合能、失配度等的关系.原子间相互作用采用半经验的EAM势.结果表明:对于同一衬底表面来说,不同的吸附原子或二聚物在表面上的扩散势垒似乎和它们与表面的结合能有关;在不同的衬底表面上,单个吸附原子或二聚物的扩散势垒和它们与衬底的匹配关系关联密切.

氧化锆的导电机理及影响因素

在第三代燃料电池的发展中,氧化锆作为出色的电解质材料,因其高效、环境友好的特点,在过去几十年里一直主导着固体氧化物燃料电池工业。然而,随着第一性原理、机器学习等计算物理的发展,对原导电机理有新的认识。本文简述了氧化锆的结构和理化性质,综述了从机器学习、第一性原理等计算物理角度分析氧化锆导电性的最新文献,并结合实验验证,从氧空位浓度、扩散势垒以及杂质相的阻力三个方面分析了其导电性的影响因素。

反应溅射氮化钨薄膜特性研究

本文采用两种溅射系统:射频磁控溅射系统和S枪溅射系统淀积了氮化钨薄膜。X射线衍射方法(XRD)、俄歇电子谱(AES)和电学测量等方法用来分析了氮化钨薄膜的组分、晶体结构和薄膜的电阻率。并研究了氮在氮、氩混合气体中的不同流量比对氮化钨薄膜特性的影响。用卢瑟福背散射(RBS)方法对比研究了纯钨薄膜和氮化钨薄膜在Al/W/Si和Al/WN_x/Si两种金属化系统中的扩散势垒特性。分析结果表明,Al/W/Si金属化系统经500℃、30分钟热退火后,出现了明显的互扩散现象;而Al/WN_x/Si金属化系统在550℃、30分钟热退火后,没有发现互扩散的迹象,说明氮化钨在硅集成电路中是一种有效的扩散势垒材料。

碳基钨涂层在退火过程中的组织和结构变化

用真空等离子体喷涂 (VPS)技术在C/C复合材料基体上制备了厚度为 0 5mm的钨 (W )涂层 ,涂层的表面通过物理气相沉积 (PVD)预沉积钨、铼 (Re)多层作为碳 (C)的扩散势垒。涂层经过 12 0 0℃～ 2 0 0 0℃的电子束退火 ,其微观结构和化学构成发生变化。经测量涂层的再结晶温度约为 14 0 0℃ ,再结晶的活性能为6 3kJ/mol。当退火温度高于 130 0℃时 ,涂层表面的多层W、Re结构将由于W、Re和C之间的相互扩散而发生改变 ,并在 16 0 0℃以上退火 1h后由于脆性碳化钨在界面的形成而完全失效 ,碳化钨层的厚度将随着退火温度的升高和退火时间的延长而迅速增加。