Ni-X-In(X=Mn,Fe和Co)合金的缺陷稳定性和磁性能的第一性原理研究

Ni-Mn-In是一种新型的磁控形状记忆合金,它通过磁场诱导逆马氏体相变实现形状记忆效应.实验中常围绕化学计量比Ni_2MnIn合金进行成分调整,以获得适宜的马氏体相变温度与居里温度,在这个过程中必然会产生多种点缺陷.本文使用量子力学计算软件包VASP,在密度泛函理论的框架下通过第一原理计算,系统地研究了非化学计量比Ni-X-In(X=Mn,Fe和Co)合金的缺陷形成能和磁性能.反位缺陷中,In和Ni在X亚晶格的反位缺陷(In_X和Ni_X)的形成能最低,Ni和X反位于Y的亚晶格(Ni_Y和X_Y)得到较高的形成能.因此,In原子可以稳定立方母相的结构,而X原子对母相结构稳定性的影响则相反;空位缺陷中最高的形成能出现在In空位缺陷,再次肯定了In原子对稳定母相结构的作用.此外,详细研究了点缺陷周围原子的磁性能以及电荷分布.本文的计算结果在指导实验中的成分设计和开发新型磁控形状记忆合金方面具有重要意义.

高电压正极材料LiMnPO_4的研究进展

高电压正极材料LiMnPO4具有无毒、电压高、比容量高、循环性能和安全性能好等优点成为锂离子电池正极材料的研究热点之一,但是较低的电子导电率、本征电导率及较差的倍率性能限制了该材料的实际应用。近几年来,通过增强颗粒间电子导电性、提高颗粒内部的本征电导率和减小颗粒尺寸等,显著提升了LiMnPO4材料的电化学性能。本文介绍了LiMnPO4材料的结构和特点以及近年来国内外的合成和改性方法,包括高温固相法、溶胶-凝胶法、水热法、喷雾干燥法、表面包覆、掺杂和制备纳米尺寸材料等。揭示了目前LiMnPO4的研究现状和存在问题,并对今后的发展前景以及研究的重要方向进行了评述。

LiNO_3-TiO_2-尿素体系燃烧合成锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)及电化学性能

以纳米TiO2和LiNO3为原料,尿素为燃料,燃烧法合成了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12.利用XRD、SEM和恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对其进行表征.结果表明,预设炉温850℃,尿素与锂摩尔比1,焙烧8 h,制备得到平均粒径小于500 nm、粒度分布均匀的纯相尖晶石型结构Li4Ti5O12,并具有良好的电化学性能,具有1.5 V充放电平台,在0.1 C倍率下(1 C=170 mA·h/g),其首次充放电容量达到168 mA·h/g,经过100次循环后放电比容量仍有162 mA·h/g,容量保持率96.4%.

Ni-Mn-Ga-Cu铁磁形状记忆合金的晶体结构、相稳定性和磁性能的第一性原理研究

采用第一原理计算方法系统地研究了Cu含量对Ni-Mn-Ga-Cu铁磁形状记忆合金的晶体结构、相稳定性和磁性能的影响。形成能的计算结果表明,在Ni2MnGa合金中,添加的第四组元Cu将优先占据Mn的亚晶格格点,从而为实验中的成分设计提供了理论依据。随着Cu含量的增加,铁磁性奥氏体的相稳定性逐渐减弱,而顺磁性奥氏体的相稳定性则逐渐增强,导致顺磁性奥氏体和铁磁性奥氏体的基态总能量之间的差值减小,这是此类合金Curie温度TC随Cu含量的增加而降低的本质原因。而实验上观察到的马氏体相变温度Tm随合金元素Cu含量的增加而升高的现象本质上是由于奥氏体与马氏体两相之间的能量差增大,从而提高了马氏体相变的驱动力所致。此外,Ni-Mn-Ga-Cu合金的磁性能随Cu含量的增加而减弱,并从电子态密度的角度阐释了磁性能降低的原因。

Ni-Fe-Ga磁致形状记忆合金的马氏体相变和晶体结构的研究

使用DSC、XRD、SEM和TEM等分析测试手段,对Ni50+xFe25-xGa25(x=3,4.5,6)合金的马氏体相变温度、精细显微结构以及复杂马氏体晶体结构进行了系统研究。结果表明,Ni50+xFe25-xGa25合金的马氏体相变温度Tm随Ni含量增加而升高。Ni56Fe19Ga25合金的马氏体板条非常清晰细密,且存在着多种不同取向的变体;该种合金由6M+14M混合马氏体和γ相组成。Ni56Fe19Ga25合金既具有适合实际应用的马氏体相变温度,又具有有利于磁致应变的晶体结构。

溶胶-凝胶PVP辅助燃烧法制备Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能的研究（英文）

利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为聚合物配位剂和燃料,通过溶胶-凝胶PVP辅助燃烧法在800℃到900℃合成了具有不同形貌的锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)。主要研究了不同煅烧温度对材料结构、形貌以及电化学性能的影响。利用XRD、SEM和充放电测试表征Li_4Ti_5O_(12)的结构、形貌及其充放电和倍率性能。研究结果表明材料为尖晶石型结构,颗粒大小分布均匀,颗粒在500 nm左右。在800℃焙烧8 h得到的Li_4Ti_5O_(12)首次充放电容量为167.4 m Ah/g。

Ni-Mn-Ga-Ti铁磁形状记忆合金的相稳定性和磁性能的第一性原理计算

通过第一性原理计算系统地研究了掺杂Ti含量对Ni_8Mn_(4-x)Ga_4Ti_x(x为单胞中掺杂Ti原子的个数,x=0、0.5、1、1.5和2)铁磁形状记忆合金相稳定性和磁性能的影响。根据能量最低原理,掺杂的Ti组元优先占据Ni_2MnGa合金中的Mn阵点。随着Ti含量的增加,顺磁奥氏体与铁磁奥氏体相的总能之差减小,从本质上导致了实验观察到的合金Curie温度(TC)的降低。随着Ti含量的逐渐增加,Fermi面以下自旋向上总电子态密度逐渐降低,而自旋向下的部分几乎不变,导致自旋向上与自旋向下的电子数之差减小,这是Ti含量增加而合金总磁矩降低的本质原因。本工作的计算结果对指导实验中的成分设计和开发新型磁控形状记忆合金具有重要意义。

全d族Ni-Mn-Ti基Heusler磁相变合金研究进展

总结了近年来国内外对Ni-Mn-Ti基全d族Heusler合金制冷性能的研究进展。介绍了该系列合金的晶体结构和原子占位,晶体结构为价电子数最少的Ti原子取代原主族元素的位置上形成L21或B2有序结构。改变处理工艺和掺杂元素对马氏体相变温度与居里温度有一定影响,可以借此手段将相变温度调节到室温附近以达到实际应用的目的。着重分析目前Ni-Mn-Ti基全d族Heusler合金的制冷手段及其原理,对未来该系列合金在制冷性能方面的发展进行了展望。