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.     

镁铝尖晶石声子色散关系及热力学性质的第一性原理研究

镁铝尖晶石是地幔和类地行星中常见的氧化物类矿物．高温高压实验表明尖晶石的高压相可以存在于从地壳到下地幔广泛的深度范围内．作为含铝矿物的端元组分，尖晶石可能是地幔中铝元素的主要富集矿物．尖晶石的高压相还可能是俯冲大洋板块的主要组成物质．获得尖晶石的热力学性质为计算尖晶石的相变奠定了基础，为通过地震波解释地幔结构提供了理论依据．本文利用冻结声子法计算了镁铝尖晶石的声子色散关系和常压下的各种热力学性质．首先，用基于密度泛函理论的从头计算方法计算绝对零度下平衡体积的晶体结构．然后，通过构建超晶胞并对超晶胞内的原子进行微小的位移获得原子力，利用原子力来构造力常数矩阵，进一步构造动力学矩阵，将温度扩展为有限温度，计算出尖晶石的声子色散关系．最后，根据准谐近似理论得到常压下的各种热力学性质．第一布里渊区中心的声子振动频率与红外、拉曼光谱的实验数据相吻合．各种热力学性质，标准熵、等压热容和热膨胀系数与实验值相吻合．     

高温高压下ZnO的相变及热力学性质研究(英文)

本文通过平面波赝势密度泛函理论研究了ZnO岩盐(B1)结构、CsCl(B2)结构、闪锌矿(B3)结构和纤锌矿(B4)结构的相变和热力学性质.通过计算得到了晶格常数、体弹模量及体弹模量对压强的一阶导数,与实验值和其他计算结果都符合地较好.根据等焓原理,发现从B4和B3结构到B1结构的相变压强分别约为8.9GPa和7.8GPa.通过准德拜模型,成功得到B4结构的热力学性质,包括不同压强和温度下的状态方程、热膨胀系数和热容.     

高压下铝的弹性系数的分子动力学模拟

采用Y．Mishin的EAM势和分子动力学方法，对零温下-15．-20GPa范围内铝的弹性系数进行了研究，得到了弹性系数随压强的变化关系．利用Murnagahan等温状态方程对压强和体积关系进行了拟合，得到铝的零压体模量为73．5GPa．该结果与相关文献资料报导的值在误差范围内符合得很好．通过和实验值的比较，说明该相互作用势的适用范围可以到15GPa．     

BeS弹性常数和ZB结构相变的第一原理计算

在密度泛函理论的局域密度近似下,利用CASTEP程序研究了BeS从闪锌矿结构到NiAs结构的相变.通过焓相等得到相变压强为53.3 GPa,与通过高压下弹性常数值判断的结果相符.     

高压下碳化锆的状态方程和结构相变研究

利用同步辐射X射线衍射方法,研究了金刚石对顶砧中碳化锆(ZrC)的状态方程和结构相变,通过密度泛函理论(DFT)计算了该材料的高压压缩行为.结果表明:ZrC在压强为10.3 GPa时,发生拓扑相变;在压强为13.7 GPa时,相变结束.此外,ZrC立方相的体弹模量为158.6(8.6)GPa,相变后的结构体弹模量为233.8(8.8)GPa.     

GaN相变及热力学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了GaN的纤锌矿、闪锌矿、氯化钠三种结构的结构性质以及高压下GaN的相变.利用焓相等原理得出GaN从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变压强约为41.9GPa,与实验值和他人理论计算值相符合.通过准谐德拜模型得到了GaN的闪锌矿和氯化钠两种结构不同温度下热膨胀系数与压强的关系,不同温度下体积与压强的关系以及不同压强下热容与温度的关系.     

ZnSe高压物性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

高压下CaSiO_3钙钛矿的从头算研究(英文)

利用考虑声子效应的准谐近似Debye模型势结合基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了高温高压下CaSiO3钙钛矿的热力学性质.在常温常压下CaSiO3钙钛矿的状态方程与实验结果吻合得很好.获得了压强上升到150GPa,温度上升到2000K时CaSiO3钙钛矿的热力学参量体积模量、热膨胀和热容与温度和压强的关系.     

BaC2高压相R3m的电子结构与力学性质的第一原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究BaC₂高压相R3m的晶体结构、 力学、  热力学和电子结构等性质. 计算结果表明:  BaC₂的I4mmm相较高压相R3m的离子性更强. 在0 K 时, 由BaC₂的I4mmm相转变为R3m相的压强为3.6 GPa, 与实验结果相符. 高压相R3m的弹性常数满足波恩\|黄昆判据, 因而其晶格力学性质稳定. 布居数分析表明, 在高压下, 从Ba原子至C原子的电荷转移在I4mmm至R3m相变过程中所起的作用较大.      

Al-Mg合金直接氧化Al2O3形成模型

根据对Al-Mg合金直接氧化合成Al/ Al2O3存在Mg的挥发及线性生长动力学特点的分析,在把表面MgO形成过程看成是Al2O3向MgO中的溶解过程并认为MgO部分为n型氧化物时,氧化过程有利于Al2O3的形成:Al-Mg合金直接氧化过程中,Mg的挥发满足Al2O3形成的两个条件,Mg挥发促进表层P型MgO的生长和内层n型MgO中Al2O3的形成,促进MgO向MgAl2O4的转变过程;MgAl2O4在Al2O3的形成中起重要作用,MgO向MgAl2O4转变过程中,生长应力导致MgAl2O4中形成间隙,Al熔体通过此间隙向氧化前沿进行渗流输运;Al2O3的生长动力学取决于MgO向MgAl2O4转变的速度,MgO向MgAl2O4转变速度加快是Al/Al2O3生长动力学呈线性关系的根本原因.     

ZrN的力学和热力学性质的第一性原理

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了fcc-ZrN的平衡态性质、不同压力下的弹性性质及热力学性质.通过对焓压关系、弹性性质的分析,推测fcc结构到bcc结构ZrN的相变发生在208~220GPa之间.进一步分析了fcc-ZrN在不同压力下力学的各向异性,得到了压力对ZrN力学性质的影响关系.计算分析了fcc-ZrN的热力学性质.研究结果表明:力学各向同性随压力增大明显减弱;一定温度下,热容随压力增加而减小;德拜温度随着压力增加而增大;低压区温度影响较大,高压区压力影响较大.     

高压下ZrB3与NbB3力学性质的第一性原理研究

此文用密度泛函理论的赝势平面波方法的第一性原理研究了过渡金属化合物ZrB_3与NbB_3(m-AlB_2、OsB_3和MoB_3结构)在高压下的力学性质和电子结构特点,获得了在常压下,m-AlB_2是最稳定的结构,当压强升高到40GPa时发生相变,高压下最稳定是OsB_3结构.m-AlB_2-NbB_3具有最大的剪切模量204GPa,最高的德拜温度921K和最大的硬度值27.3GPa,属于潜在的超不可压缩材料.MoB_3-NbB_3、OsB_3-NbB_3和m-AlB_2-ZrB_3的硬度值分别达到了24.9GPa、22.6GPa和19.8GPa.它们的电子态主要是由M-4d态和B-2p态杂化叠加形成的,在费米能级处取值均不为零,故这些化合物都具有金属性等有益结果.     

压力下钒发生相变的第一性原理计算

利用投影缀加波方法对金属钒加压至400 GPa左右的结构相变过程进行了第一性原理研究. 计算了相变中的热力学转变压力和失稳转变压力, 并对相变前后的电子性质进行了研究. 结果表明: 钒在低压下为体心立方结构, 随着压力增大转变为菱方结构, 压力继续增大最后又重新转变为体心立方结构. 热力学计算得到的BCC→rhu(α>109.47°)→rhl(α<109.47°)→BCC三次转变压力分别为27,104和310 GPa. 利用剪切弹性常数C44计算得到的2次失稳压力分别为52和255 GPa. 能带计算表明, 在加压过程中高对称点Γ处靠近费米能级的能带由低压下的非电子占据态变为高压下的占据态, 而费米能级以上的电子态密度计算可见明显的s,p-d带间电子迁移现象.     

镁铝尖晶石本征色心的计算机模拟

利用计算机模拟技术和经验参数化方法,通过对镁铝尖晶石(MgAl2O4)晶体结构、晶格形成能及本征缺陷形成能的计算,论证了镁空位VMg^2-、氧空位Vo^2 和少量的AlMg^ 是MgAl2O4中的本征点缺陷．并指出其会以[VMg^2--Vo^2 ]空位对和[VMg^2--2lMg^ ]的形式实现电荷补偿．     

A theoretical investigation on phase transition and dissociation of ammonium bromide under high pressure

Structures of ammonium bromide under high pressure were investigated through ab initio evolutionary algorithm and total-energy calculations based on density functional theory. Static enthalpy calculations indicate that the low-pressure phase V（space group P4/nmm） transforms into a monoclinic P21/m structure at 71 GPa and then an orthorhombic structure Cmma at 130 GPa, which is found to be energetically stable up to 264 GPa. Mechanism of phonon softening at the P4/nmm P21/m transformation is discussed. Ab initio calculations show that the band overlap in the molecular Cmma phase, which causes the pressure-induced insulator-to-metal transition, occurs at about 240 GPa. Enthalpy calculations show that Cmma NH4 Br becomes unstable and dissociates into NH3 and HBr above 264 GPa.     

压力导致SrZrO3和ZnCr2O4结构相变第一性原理模拟研究

采用第一性原理基于密度泛函平面波赝势方法来详细研究了 SrZrO3 和 ZnCr2O4 的结构,力学和电子性质.分别通过分析压力下 SrZrO3 的能带宽度和弹性模量,我们预测SrZrO3 分别在30 GPa 和 20～25 GPa 下发生相变.通过分析压力下 ZnCr2O4 的弹性常数,我们预测 ZnCr2O4 在 ...     

First-principles comprehensive study of electronic and mechanical properties of novel uranium hydrides at different pressures

The systematic investigation on the U-H binary system up to 300 GPa has been performed by means of firstprinciples calculations in combination with the variable-composition evolutionary algorithm.Twenty uranium hydrides,including UH_x(x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,17),U_2 H_y(y=3,5,7,13,15,17),U_3 H_8,U_3 H_(10),U4 H5 and U_4 H_9 have been found under different pressures.Besides thirteen compounds that are in nice agreement with previously reported structural search,new uranium hydrides in terms of the derived convex hull of the formation enthalpies have also been found in the present investigation.These seven novel compounds including CmcmUH_3, Fmmm-UH_4,R3 m-U_2 H_7,Pm-U_2 H_(15), Cm-U_3 H_8,C_2-U_4 H_9 and C2/m-U_4 H_5, are found to be dynamically and thermodynamically stable,and their stable pressure range has been determined.At last,the electronic and mechanical properties of these seven novel structures have further been calculated.     

超高压力下通电烧结制备钼铜合金

采用超高压力下通电烧结技术制备了铜体积分数25%～75%的钼铜合金材料. 烧结压力2～10 Gpa,通电功率15 kW,通电时间65 s. 分析了不同成分和制备工艺参数的钼铜合金显微形貌及力学性能. 结果表明,所制备的钼铜合金材料结构致密,力学性能优越,而且超高压力下通电烧结技术能有效地避免晶粒长大和组织偏析.     

Gd2Zr2O7烧绿石的高温高压快速合成

为了研究Gd₂Zr₂O₇烧绿石的合成条件,以Gd₂O₃,ZrO₂混合粉体为原料,在1 773 K的温度、3 GPa和5.2 GPa的压力及10～30 min的保温保压时间内,进行了高温高压实验。借助于XRD,SEM,IR等分析,对合成样品结构、形貌等进行表征,结果表明:在1 773 K的高温、5.2 GPa的高压和10 min的保温保压条件下可合成单一物相的Gd₂Zr₂O₇立方烧绿石。为固化锕系核素的陶瓷基材合成及其固化体的制备提供了一种快速高效的方法。