基于特殊准随机结构模型的FCC Fe-Cu无序固溶体合金的弹性稳定性

采用基于投影缀加波赝势和广义梯度近似的第一性原理计算方法计算FCC结构Fe以及3种Fe-Cu无序固溶体合金(Cu原子摩尔分数分别为25%、37.5%和50%)的基态性质、弹性常数以及电子结构,其中Fe-Cu无序固溶体合金采用特殊准随机结构模型进行计算。能量计算结果表明:FCC结构Fe存在无磁、低铁磁以及高铁磁性3种状态,而FCC结构Fe-Cu无序固溶体合金只存在无磁与高铁磁性两种状态。高铁磁性FCC结构Fe不满足Born弹性稳定性准则,铁磁性FCC结构Fe-Cu无序固溶体合金的弹性稳定性随着Cu含量的增加而增加;当Cu原子的摩尔分数不低于37.5%时,Fe-Cu无序固溶体合金满足Born弹性稳定性准则,此时合金以亚稳态形式存在。

BiOF_(1-x)Cl_(x)固溶体的光电性质优化及第一性原理研究

BiOF和BiOCl都是紫外光响应降解有机污染物的高效典型光催化剂,但其光吸收带边分别为4.00eV和3.77eV,只能吸收部分紫外光进行催化反应,因此光催化效率受到限制。受到半导体能带弯曲现象的启发,本文采用团簇展开方法(cluster expansion,CE)并结合第一性原理计算,搜索了BiOF_(1-x)Cl_(x)有序及无序固溶体的晶体结构,计算了这些固溶体的热力学性质和光电性质。计算结果表明,在BiOF_(1-x)Cl_(x)的有序固溶体中,Cl-更倾向于优先取代同一层的F-;在BiOF_(1-x)Cl_(x)的无序固溶体中,Cl-随机取代F-。以BiOF_(0.50)Cl_(0.50)为例,无序固溶体的形成焓ΔH比有序固溶体高60meV·(f.u.)-1。BiOF_(1-x)Cl_(x)(0<x<1)的有序及无序固溶体多为间接带隙半导体,且带隙大小呈现不同程度的能带弯曲。低温时,BiOF_(1-x)Cl_(x)固溶体多为有序固溶体,x=0.17时,能带弯曲程度最大。高温时,无序BiOF_(1-x)Cl_(x)固溶体更容易形成,且x=0.60时,能带弯曲程度最大,吸收带边红移至3.59eV,带边吸收强度提升了2个数量级。基于本工作的计算结果,我们预测BiOF和BiOCl形成的固溶体在紫外区的光吸收范围和吸光效率,会得到进一步的提升。

合金元素镍对FCC Fe-Cu析出相结构稳定性的影响

采用基于投影缀加波赝势和广义梯度近似的第一性原理和特殊准随机结构模型计算FCC结构Fe-25Cu、Fe-31.25Cu、Fe-3.125Ni-25Cu和Fe-3.125Ni-31.25Cu无序固溶体的基态性质、弹性常数以及电子结构,其中无序固溶体晶胞结构建立在由特殊准随机结构方法所产生的结构模型基础上。计算结果表明:FCC结构Fe-Ni-Cu无序固溶体存在无磁性与铁磁性两种状态,其中铁磁性Fe-Cu和Fe-Ni-Cu无序固溶体的能量相对较低;铁磁性Fe-25Cu和Fe-3.125Ni-25Cu无序固溶体不满足Born弹性稳定性准则,而Fe-31.25Cu和Fe-3.125Ni-31.25Cu无序固溶体满足Born弹性稳定性准则,以亚稳态形式存在,合金元素Ni的加入显著提高了铁磁性FCC结构Fe-31.25Cu无序固溶体的结构稳定性。

NiCrAlFe精密电阻合金中的L12有序结构研究

利用第一性原理赝势平面波方法,计算了NiCrAlFe合金处于无序固溶体结构和形成L12型有序结构时的结合能、态密度、晶格常数等参数,并利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对合金进行了结构表征,还测试了固溶态和时效态的电阻率。从结合能来看,该合金形成L12有序结构时比无序固溶体更加稳定;态密度以及部分态密度计算结果则表明,在L12有序结构中,Ni、Cr、Al、Fe会强烈成键而使得整个合金体系变得稳定;HRTEM分析结果证明固溶态合金经过时效处理后出现了L12有序结构,而且该有序结构的晶格常数与计算值基本一致。对比无序固溶体与L12型有序结构费米能级处的态密度值发现,当形成L12有序结构时合金的导电能力较无序固溶体下降,电阻率升高,与实际测试结果吻合。