点缺陷对B2-NiAl力学与热学性能影响的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,计算了反位缺陷与空位对B2-NiAl力学与热学性能的影响．采用杨氏模量、剪切模量、弹性常数、Cahchy压力、泊松比、Debye温度、比热、热膨胀系数等参数评判反位缺陷与空位对B2-NiAl合金的延性、硬度及热学性能的影响．结果表明：NiAl,VNi均能提高B2-NiAl晶体的硬度而降低其本征延性,AlNi与vAl对晶体力学性能的影响可以忽略不计．点缺陷对晶体比热的影响均集中在Debye温度以下,在此温度范围内,4种点缺陷均能降低晶体的比热,降幅从高到低依次为VNi〉NiAl〉A1Ni〉VAl．而当温度高于1000K时,4种点缺陷对晶体比热的影响基本消失而使比热趋于同一数值25J／mol·K．当温度高于600K时,对晶体相对热膨胀系数影响较明显的点缺陷是vAl,与NiM前者使晶体的相对热膨胀系数提高,而后者使晶体的相对热膨胀系数降低．     

磷酸钇晶体物理性质及本征缺陷的研究

运用GULP软件并采用已有的势参数计算了理想YPO_4晶体的物理性质和本征缺陷,得到的晶体结构参数与实验结果基本吻合.根据计算得到的力学性质表明,YPO_4晶体在(100)方向的抗应变能力最强.对YPO_4晶体的热学性质的计算结果表明,不能忽略在高温条件下振动熵对YPO_4晶体本征点缺陷形成能的影响.由本征点缺陷形成能的计算结果得知氧空位和氧的弗伦克尔缺陷在晶体中相对容易形成.     

B32-LiAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B32-LiAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构.通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了B32-LiAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明:B32-LiAl金属间化合物的点缺陷主要是在Li子晶格上出现空位缺陷与在Al子晶格上出现反位缺陷.基于晶体总电子态密度与电荷密度分布等电子结构信息,对上述计算结果进行了初步分析.     

层状半导体MoSe2/WSe2热学性能参数定量分析

利用键弛豫理论与局域键平均近似方法对过渡金属MoSe₂和WSe2的热学参数进行了定量分析,建立了热膨胀系数、晶格常数、热应变分别与温度的函数关系式,揭示了层状半导体材料热学参量的温度效应物理机制,并获得了块体MoSe2和WSe2的德拜温度分别为276,260 K.实验结果表明,热膨胀系数与德拜比热成正比,与原子结合能成反比;温度高于材料的德拜温度的1/3时,晶格常数、热应变与温度呈线性关系.     

层状半导体MoSe2/WSe2热学性能参数定量分析

利用键弛豫理论与局域键平均近似方法对过渡金属MoSe₂和WSe2的热学参数进行了定量分析,建立了热膨胀系数、晶格常数、热应变分别与温度的函数关系式,揭示了层状半导体材料热学参量的温度效应物理机制,并获得了块体MoSe2和WSe2的德拜温度分别为276,260 K.实验结果表明,热膨胀系数与德拜比热成正比,与原子结合能成反比;温度高于材料的德拜温度的1/3时,晶格常数、热应变与温度呈线性关系.     

钼酸钙晶体中本征点缺陷的研究

利用GULP软件计算了钼酸钙晶体中本征点缺陷的生成能和氧空位的迁移能,结果表明,钼酸钙晶体中主要存在的缺陷是氧空位和氧的夫伦克尔缺陷,氧空位的迁移能为0.4 eV,计算结果与实验结果相吻合.     

基于第一性原理研究三氧化二钇本征点缺陷的热动力学性质

通过第一性原理计算软件VASP和晶格动力学软件GULP对氧化钇晶体中的晶格常数、振动熵、热力学跃迁能级和本征点缺陷形成能进行模拟计算,在考虑晶格振动熵贡献的情况下,得到空位、填隙以及反位的缺陷形成能与温度和氧偏压之间的变化关系。计算结果表明,当压强一定时,随着温度的不断升高,价带顶附近最稳定的缺陷为Yi···,导带底附近最稳定的缺陷由V′Y′′过渡到O i′′。计算结果还表明,可利用改变温度和控制氧偏压来调节氧空位的类型和浓度。给出了点缺陷随环境条件变化的二维、三维分布图,可为晶体生长和退火环境的选取提供理论依据。     

慢降温工艺的最佳降温率

半导体器件的性能受晶体中缺陷的影响极大。慢降温工艺是一种简单而有效的消除晶体缺陷的方法。本文根据空位和点缺陷的复合,导出了最佳降温率。文中定性地分析了决定最佳降温率的几个因素,指出:最佳降温率与点缺陷的密度成正比;最佳降温率应随温度之下降而放慢。     

B2型TiSi合金点缺陷结构和力学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了B2型TiSi合金各种点缺陷结构的晶格常数、形成能、形成热和弹性性质。结果表明：Ti空位缺陷(VTi)和Si反位缺陷(SiTi)的形成能和形成热较小,在合金过程中较易产生;合金缺陷结构具有小的体弹模量和剪切模量;相对TiSi合金完美结构,缺陷结构的韧性较低。     

基于等温状态方程数据计算不同温度的固体热膨胀系数

假设热膨胀对固体体积弹性模量B的影响与加压过程对体弹性模量的影响相似,即B仅为体积V的函数.利用等温状态方程实测数据获得体弹性模量对体积的变化规律B(V).基于B(V)和Grüneisen定律、Debye模型,并以室温(300K)物性参数为初值逐次推算,获得Ag,Al,Au等15种材料在0~1 000K(部分金属到2 000K以上)的范围内各温度点的体积热膨胀系数值.数据对比显示计算值与实测值符合度高,这也表明了所提假设和方法的有效性.