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.     

高压条件下几种简单金属的溶化性质

熔化熵和熔化体积是物质的重要热学参量,研究物质在高压条件下的熔化性质有助于推动高压物理、材料科学和凝聚态物理等学科的发展.应用分子动力学方法计算铝、铜、镍、钽、硅5种单质分别在2、4、6和8GPa压强下与熔化有关的参量.计算结果表明:铝、铜、镍、钽4种单质的熔化温度随压强增大而增大,熔化体积增率和熔化熵随压强增大而减小;硅单质的熔化温度和熔化熵随压强增大而减小,熔化体积增率随压强增大而增大.并对硅单质在高压条件下所表现出的特殊熔化性质进行理论解释.     

新型二元半导体CdSe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方法,对CdSe在44~80 GPa压力区间提出的新高压相的结构、电子能带、局域电荷密度、晶格动力学和力学稳定性进行了研究.结果表明:CdSe的Pnma新相是动力学稳定的,达到80 GPa;压力致使Pnma相能隙发生闭合;根据力学稳定性判据得出Pnma相是力学稳定的.     

液态一氧化碳与液氮混合物的物态方程

采用改进的液体微扰变分统计理论和van der Waals分子混合物的等效单组分流体模型,计算了压力在9～49GPa范围内1：1,4：1和1：4摩尔比的液态CO-N2混合物的高压物态方程．在计算过程中考虑了体系的热力学平衡,化学平衡以及相平衡．结果表明,CO：N2为1：1的理论计算结果与实验数据吻合较好;不同比例的混合体系在压力区间为20～30和30—49GPa范围内,Hugoniot曲线逐渐趋于软化,这意味着该混合体系在20和30GPa压力点附近分别经历了结构性相变．在极端条件下该混合体系中液态CO与N2发生了复杂的化学反应．冲击压缩产物形成时吸收了部分系统能量,导致了体系的冲击温度和冲击压力有所降低．随着N2初始组分的增加,Hugoniot曲线向上平移,其中CO：N2为1：1摩尔比时其Hugoniot曲线居于1：4和4：1两者之间,表明Lorentz-Berthelor组合规则在计算液态CO—N2混合物的高压物态方程时是有效的．     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷破坏特性的数值模拟及实验研究

利用一级轻气炮对氧化铝陶瓷靶板进行平板撞击实验,采用VISAR测量系统获得了陶瓷试件自由面运动速度历史和Hugoniot弹性极限;拉氏实验中采用锰铜压阻传感器测量得到靶板内的应力时间曲线;结合实验数据,得到了压力（应力）比容关系,拟合了氧化铝陶瓷Hugoniot曲线;Hugoniot曲线在在低压下具有典型的弹塑性形变过程,高压下才进入类流体形变过程,低压区与高压区的转折点大约在11.4GPa.利用非线性动力学有限元软件建立计算模型,选用合适的模型参数,模拟了陶瓷靶在高速冲击下的动态破坏过程,给出了不同时刻靶板的变形特征和不同冲击速度下靶板内的应力波形曲线,与实验曲线有较好的一致性;并分析了碰撞过程中陶瓷靶的破坏形态及其破坏机理.     

过渡金属Mo高压熔化曲线的分子动力学模拟

基于经典的分子动力学模拟,运用嵌入原子势模型,研究了Mo的熔化曲线。通过分子动力学模拟得到的热状态方程与早期的实验及第一性原理计算结果相一致,验证了我们采用的EAM势的可靠性。单相模拟的结果表明钼在冲击熔化之前并没有固固相变的发生。通过固液共存的两相模拟方法获得了Mo的熔化温度数据,利用Simon函数拟合得到Mo的熔化曲线。两相模拟有效的考虑了过热效应,模拟结果证实了动高压实验的结论。     

高压下金属钼弹性性质的第一性原理计算

本文利用基于密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA)方法,研究了过渡金属钼的晶体结构和弹性性质.零压下,计算所得的晶格常数(a=3.153)与实验值非常接近.与实验值比较,采用GGA+U(U=1.5,2,2.5eV)的方法,计算得到的晶格常数a不如GGA的计算结果.此外,我们利用广义梯度近似(GGA)方法计算了钼的弹性性质,得到零压下钼的弹性常数分别为C11=449.7GPa,C12=169.7GPa,C44=96.2GPa,与实验值符合得很好.高压下钼的弹性常数计算值和Duffy等人用X衍射实验测量的实验值(0～24GPa)相符.体弹模量B0计算值(B0=263.05GPa)和实验值(B0=262.8GPa)非常接近.计算发现,随着压强的增大,体弹模量和剪切模量比值B/G一直保持大于1.75,说明钼在所研究的压强范围内一直保持较好的延展性.最后,还研究了体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比σ,压缩波速VS,剪切波速VL,弹性各向异性因子A和克莱恩曼参数ζ与压强的变化关系.     

难熔金属材料的研究

本文首先介绍了难熔金属材料钨、钼、钽、铌及其合金的应用和研究现状,难熔金属材料及其合金的熔点决定了其使用温度的高低顺序。针对难熔金属材料的质量控制,本文从材料成分的优化、制造工艺的改善、生产设备的改进、新产品的开发等方面进行了分析和说明。     

过渡金属Mo高压熔化曲线的分子动力学模拟

基于经典的分子动力学模拟,运用嵌入原子势模型,研究了 Mo 的熔化曲线。通过分子动力学模拟得到的热状态方程与早期的实验及第一性原理计算结果相一致,验证了我们采用的 EAM 势的可靠性。单相模拟的结果表明钼在冲击熔化之前并没有固固相变的发生。通过固液共存的两相模拟方法获得了 Mo 的熔化温度数据,利用 Simon 函数拟合得到Mo 的熔化曲线。两相模拟有效的考虑了过热效应,模拟结果证实了动高压实验的结论。
     

钕铁硼高压物态方程的理论计算

根据混合物体积相加原理，由已知单质组分铁和钕（摩尔比分别为72.32%和26.68%）的Hugoniot数据计算出强磁材料钕铁硼在19 GPa～78 GPa压力范围内的状态方程.计算结果表明，理论计算结果与冲击压缩实验数据符合得很好.D-u关系的平均计算误差为±2.30%，P-V关系的平均计算误差为±9.12%.这表明本文基于Gruneisen模型导出的计算方法，在给定压力区间对钕铁硼这类金属间化合物是适用的；并且有理由预言该算法也适用于其它固体混合物及化合物的高压物态方程研究.     

磁驱动准等熵压缩下铁的相变

磁驱动准等熵加载技术是一种新型的可实现动态斜波压缩的实验技术,其加载路径介于准静态压缩(等温过程)和冲击压缩(绝热过程)之间,是联系这两种传统加载技术的桥梁.本文利用斜波加载技术完成了铁的准等熵压缩相变实验,研究了铁样品后表面声阻抗匹配对相变波形的影响;利用自由能为基础的多相物态方程方法对实验过程进行了模拟,数值模拟结果显示相变弛豫时间约30 ns,相变压力约13 GPa,计算与实验的界面速度历史基本重合;利用应力波理论对样品中的波系演化过程进行了分析,指出铁在相变混合区声速下降和窗口材料声阻抗是影响界面速度波形的主要因素.     

高压下BCC金属钨和钼力学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了体心立方金属钨和钼的体积、弹性常数、弹性模量、声子色散曲线以及广义层错能在0~100GPa压强下随压强的变化关系,并讨论了高压下两种材料的力学结构稳定性以及高压对材料韧脆性和剪切形变难易程度的影响.首先,通过0~100GPa压强下的弹性常数发现,两种材料在不同压强下的弹性常数皆满足材料力学稳定性的判定条件,而且两种材料在100GPa下的声子色散曲线中并没有出现虚频,因此两种材料的结构在0~100GPa压强下都是力学稳定的.此外,通过研究不同压强下体模量与剪切模量的比值B/G发现,两种材料的韧性随压强的增加而增强,并且Mo的韧性强于W.最后,通过研究两种材料的广义层错能、沿111密排方向的剪切模量G111以及材料的各向异性比A发现,随着压强增加,广义层错能和G111逐渐增大,A整体趋于1,这说明高压会使得111密排方向的剪切形变变得困难,而且同时也削弱了材料的各向异性.     

铁的相变和热力学性质的第一性原理计算

铁在高温高压下的结构和物理性质对于其在工程技术方面的应用有着非常重要的意义.采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了铁从bcc结构到hcp结构的马氏体相变,并利用准谐德拜模型获得了铁的bcc结构和hcp结构的热力学性质.结果发现:零温下,铁从bcc结构到hcp结构的相变压强为13 GPa,与实验及其他理论符合得很好...     

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.     

氯化钠结构相变和弹性性质的第一原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法，研究了NaCl的高压结构相变和弹性性质．计算结果表明，在零温下NaCl从B1结构到B2结构的相变压强为29．7GPa,这与实验值和其它的理论计算结果符合的很好．利用准谐德拜模型，讨论了NaCl在0-70GPa范围内下的德拜温度θ、压缩波速度Vp和剪切波速度Vs．     

高压下金属Mo熔化性质与其熔化结构的理论研究

本文采用分子动力学结合镶嵌原子势方法研究了高温高压下金属Mo的熔化性质.详细分析了Mo的熔化曲线并给出了熔化曲线T-P(温度-压强)方程,计算得到了Mo的等温压缩曲线和等压曲线.理论上获得Mo在常压下的平衡点温度为2695K,与其他实验和理论数据都符合的很好.同时我们还通过径向分布函数和HA指数研究了Mo在熔化过程中的结构变化情况.     

高速钢切削刀具超低温相变对耐磨性的影响

研究了回火态W6Mo5Cr4V2高速钢刀具在超低温温度场中发生相变。占高速钢体积百分数最大的回火马内体脱溶出细小、弥散的碳化物颗粒,残留奥氏体也相继发生马氏体转变,最后残留2％左右。试验表明,超低温处理后的高速钢刀具的机械性能进一步增加,特别是耐磨性能显著提高,延长了高速钢刀具的使用寿命。     

流体模型假定下无氧铜等熵卸载线的计算与分析

等熵卸载线的研究对物态方程、冲击波在自由面的卸载等问题有重要的意义.基于流体模型假定下推导等熵线的方法,计算得到了无氧铜分别以线性和二次Hugoniot关系为参考的等熵卸载线.在P-u图中,随着初始卸载压力增大,两条等熵卸载线间偏离逐渐变大,等熵卸载线与镜像的Hugoniot线逐渐出现较大的偏离.通过与无氧铜向空气卸载实验的数据比较,采用二次Hugoniot关系为参考得到的等熵卸载线与实验结果更相符,并且自由面卸载过程近似为等熵过程分析是合理的.压力大于180GPa时,用自由面速度的1/2近似得到粒子速度的误差达5%以上,实验中试图通过测量自由面速度得到粒子速度时必须做相应的计算修正.      

高压下AlN纳米带的Raman光谱特性

利用原位高压Raman技术, 在0~29.83 GPa内研究AlN纳米带的高压相变, 并计算各振动模式与压力间的关系及压力系数和Grüneisen常数. 结果表明: 当压力约为17.34 GPa时, 晶体由六角纤锌矿结构向立方岩盐矿结构转变, 在21.28 GPa时相变结束; 在相变过程中观察到岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号, 确定岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号来自岩盐矿结构的无序声子散射.