压力作用下Mg2X(X=Sn,Ge,Si)晶体结构与弹性性质

基于密度泛函理论,采用第一性原理计算方法,研究Mg2X(X=Sn,Ge,Si)系列晶体的弹性常数,计算结果与实验值符合甚好.在此基础上,预测了在静水压下(0～50 GPa)的晶体结构和弹性性质随压力的变化.     

Mg2Sn的Li嵌入形成能的从头计算

Mg2Sn是近来很受重视的锂电池负极材料．使用基于混合基表示的第一原理赝势法，计算了Mg2Sn的各种锂嵌入情况时的形成能以及相应的电子结构．讨论了锂嵌入时的体积变化、能带结构、电子态密度以及电荷分布等性质．计算表明，锂嵌入到主体材料的间隙位置时平均每个锂原子的形成能都大致在2．2eV．     

Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.     

Mg_2Sn的Li嵌入形成能的从头计算

Mg2Sn是近来很受重视的锂电池负极材料.使用基于混合基表示的第一原理赝势法,计算了Mg2Sn的各种锂嵌入情况时的形成能以及相应的电子结构.讨论了锂嵌入时的体积变化、能带结构、电子态密度以及电荷分布等性质.计算表明,锂嵌入到主体材料的间隙位置时平均每个锂原子的形成能都大致在2.2eV.     

Mg2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg2Si基态的电子结构、态密度和光学性质．计算结果表明Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0．2994eV;其价带主要由Si的3p以及Mg的3s,3p态电子构成,导带主要由Mg的3s,3p以及Si的3p态电子构成;静态介电常数ε1（0）=18．89;折射率n0=4．3460;吸收系数最大峰值为356474．5cm^-1;并利用计算的能带结构和态密度分析了Mg2Si的介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的计算结果,为Mg2Si的设计与应用提供了理论依据．     

MgH2-X(X=Si,Ge,Sn,Pb)体系解氢能力的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,研究了MgH2-X(X=Si,Ge,Sn,Pb)合金化体系的能量、几何与电子结构.负形成热的计算发现:合金化元素X在镁氢化合物(MgH2)中少量固溶时,体系相结构稳定性变差,预示着解氢能力得到改善.电子态密度(DOS)与电子密度的进一步分析发现:镁氢化合物X合金化后,X与其周围的H原子相互作用不明显,而Mg-H之间的成键作用减弱.体系Ge合金化解氢能力增强的理论计算与实验结果一致,预测Si,Sn,Pb少量固溶于MgH2能提高体系的解氢能力.     

MX(M=Fe、Ru、Co和Rh,X=Si和Ge)合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法计算得到了MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性.计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合.结果表明,MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成.计算得到了了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比.基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线.基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度.其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的硬度,较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质.     

第一性原理研究立方相尖晶石二元氮化物

本文基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势法,计算得到了立方相二元氮化物γ-A3N4（A：C、Si、Ge、Sn（Group IVB））的晶格参数,体系总能及原胞体积、键长、密度、体模量,并分析了带隙、静介电函数ε（0）、光学吸收系数等性质,并在计算的基础上将结果与实验作了详细比较,两者符合的非常好。本文的研究表明对γ-A3N（A：C、Si、Ge、Sn（Group IVB））结构,计算体模量时用LDA要优于GGA,但GGA较LDA给出更精确的能量和结构。另外,第一性原理可以准确地计算γ-C3N4、γ-Si3N4和γ～Ge3N4体系,而对γ—Sn3N4物质则不适合。     

Mg2Si同质异相体的平衡结构、状态方程和声子谱研究

在第一原理框架下,采用赝势平面波方法计算研究了Mg2Si晶体的晶胞常数、状态方程和声子谱等性质,得到的晶胞常数与实验值和前人的计算值是一致的.研究发现,反萤石结构Mg2Si,反氯铅矿结构Mg2Si和Ni2In型Mg2Si分别在压强为0～6 GPa,7.5～20.2 GPa和21.9～40 GPa范围内能够保持结构稳定.三种Mg2Si同质异相体的稳定性由高到低应该是:反萤石结构Mg2Si>反氯铅矿结构Mg2Si>Ni2In型Mg2Si.利用晶格动力学方法计算了三种同质异相体的声子谱.     

Mg2Ni-Cu体系相结构稳定性的密度泛函理论研究

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Mg2Ni相Cu合金化前后体系的能量与电子结构,结果发现:2个Cu原子最易占据 Ni(Ⅱ)的(0,0.5,0.166 7)与(0.5,0,0.5)位置,而在Cu合金化Mg2Ni的相结构中,Mg2Ni(Ⅱ)″1-xCux(x=1/3)的结构稳定性最高.电子态密度(DOS)的进一步分析结果表明:Mg2Ni(Ⅱ)″1-xCux(x=1/3)相结构的稳定性主要取决于体系在费米能级处成键电子数N(EF)的多少.     

高压下BeSe相变和热力学性质第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了BeSe的相变、晶格动力学和热力学性质.计算得到的晶格常数、体弹模量以及其对压强的一阶偏导与实验值符合较好.焓的计算结果表明在压强为57.68GPa时BeSe会发生从闪锌矿(ZB)结构到砷化镍(NiAs)结构的相变,与实验值56±5GPa较吻合.BeSe的声子色散曲线计算表明零压下ZB结构满足动力学稳定性,而在高压下ZB结构的动力学稳定性将消失.基于准简谐近似方法,还成功预测了BeSe的热容、热膨胀系数和熵随着压强和温度的变化关系.     

第一性原理研究Mg(16-x)Tix(x=1-16)合金的晶体结构和力学性质

设计力学性能良好的新型镁钛合金对于促进汽车工业、固态储氢材料以及生物复合材料具有重要的意义. 本文基于第一性原理计算, 以能量为判据, 筛选出了Mg(16-x)Tix(x=1~16)每个组分下最稳定的晶体结构, 同时通过形成能、声子谱以及弹性常数对相对稳定的Mg15Ti1, Mg2Ti2, Mg1Ti15晶体结构进行了详细的研究. 研究结果表明镁钛合金是不相溶的, 形成的结构均为亚稳态结构且是热力学稳定的, 此外钛含量的增加有利于增加镁钛合金的硬度以及延展性, 这与实验结果一致, 但是会降低共价键的强度.     

Mg(OH)2/EVA纳米复合材料的界面改性研究

研究了马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(MEVA)对氢氧化镁/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物纳米复合材料力学性能和阻燃性能的影响.通过TEM观察了氢氧化镁在复合材料中的分散性,SEM观察了复合材料的界面结合情况.结果表明:MEVA的加入显著提高了复合材料的力学性能和阻燃性能,当其在复合材料中的质量分数为8%时,复合材料的综合性能较好.     

立方ScN、GaN的结构和高温热力学性质的第一性原理研究

通过第一性原理计算了ScN和GaN立方氯化钠相的结构、声子及高温热力学性质;并采用超胞方法计算声子态密度,通过准谐近似计算得到了ScN和GaN的热膨胀系数、热熔及熵值随温度的变化关系,所得结果与现有实验值符合较好.     

石墨烯的晶格振动与导热机理的研究

石墨烯具有独特的结构和导热性质,在微电子领域也具有巨大的应用潜力。采用价力场方法研究石墨烯中的晶格振动,得出了石墨烯晶格振动的频率方程,计算出了石墨烯内光学声子与声学声子的色散曲线。探讨了石墨烯的导热机理,得出晶格振动的剧烈程度、石墨烯的尺寸、温度和基底等是影响石墨烯导热性能的主要因素。     

面心立方金属对称和非对称方向的声子谱

依据晶格动力学理论,采用改进分析型嵌入原子法(Modified Analytic Embedded AtomMethod,MAEAM),沿Brillouin区中的4个对称方向和4个非对称方向,计算了面心立方金属Al、Ni、Rh、Ir、Pd、Pt、Pb的声子谱.结果表明,除Rh、Ir和Pb误差稍大外,其余理论计算结果与实验符合很好,预示着非对称方向计算值的正确性.同时表明MAEAM能够用来描述面心立方(FaceCenter Cubic,FCC)金属晶体原子间的多体相互作用,但是还需要改进和提高.沿着相同方向,FCC金属的声子谱曲线相似,频率依次沿Al、Ni、Rh、Ir、Pd、Pt、Pb的顺序降低,这是由于它们的原子质量与结合能的比值依次降低的缘故.     

碱土金属添加剂对Cu-ZnO/SiO2催化仲丁醇脱氢反应性能的影响

采用碱土金属Mg对SiO₂进行预处理后, 用浸渍法制备Cu-ZnO/MgO-SiO₂催化剂. 研究不同质量分数Mg对催化剂的结构和性能的影响, 考察该催化剂对仲丁醇脱氢活性和选择性的影响. 采用XRD,TPD和TPR对催化剂进行表征. 实验结果表明, Mg的加入提高了Cu组分的分散度, 同时降低了催化剂表面的酸性. 调节合适的Mg质量分数可获得性能较佳的仲丁醇脱氢催化剂.     

Cr和Ti的元素替代对Mg2Ni基合金放氢性能的影响

应用扩散烧结工艺合成出Mg2Ni0.8Cr0.2和Mg1.8Ti0.2Ni0.8Cr0.2合金,Cr和Ti对Mg2Ni合金A侧和B侧的替代均导致放氢平衡压力升高。Mg2Ni基合金的储氢性能可以通过元素替代改变晶胞体积来加以改善。     

Cr和Ti的元素替代对Mg2Ni基合金放氢性能的影响

应用扩散烧结工艺合成出Mg2Ni0.8Cr0.2和Mg1.8Ti0.2Ni0.8Cr0.2合金，Cr和Ti对Mg2Ni合金A侧和B侧的替代均导致放氢平衡压力升高。Mg2Ni基合金的储氢性能可以通过元素替代改变晶胞体积来加以改善。