金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究

本文应用分子动力学方法模拟研究了氦团簇在金属钨中的扩散特性,得到了不同大小团簇的扩散系数,结果表明氦团簇越大,扩散越慢.氦团簇越大越容易激发出自间隙钨原子,且大的氦团簇只需要很低的钨基体温度即可激发.在金属钨中加入125个氦原子（氦浓度低于0.1%）,研究了氦团簇的形核特性.通过比较氦团簇、自间隙团簇和空位团簇3种缺陷的尺寸分布发现,氦团簇的尺寸在800 K达到最大值,其它两种缺陷尺寸随温度的增加而逐渐增大.     

面心立方金属中点缺陷的MAEAM模拟

将改进分析型嵌入原子法（MAEAM）模型与分子动力学模拟方法相结合，用能量最小化原理分析了面心立方金属Al、Ni、Cu、Ag、Au和Pb中的单空位、双空位及单自间隙原子3种点缺陷的稳定构型及其迁移规律．结果表明：最近邻双空位是双空位中惟一能够存在的构型，而且比单空位还容易迁移；尽管在4种构型的自间隙原子中，〈110〉哑铃状自间隙构型容易在Ni、Cu、Ag和Au中形成，体心自间隙构型也容易在Al和Pb中形成，但和单空位相比较还是较难形成的．     

TiAl合金晶体缺陷的计算机模拟研究

采用多体势,用分子动力学方法对TiAl中空位、反位原子、间隙原子以及小尺寸空位团（N0＝2,3,4）进行计算机模拟研究,分析讨论了空位团最稳定的构形,研究了空位团对单位迁移的影响。计算结果表明,TiAl中钛空位的形成能大于铝空位的形成能;热平衡状态下存在大量的钛反位原子;间隙原子形成能较大,为空位形成能的2,3倍;在稳定存在的空位团中,每个空位都尽可能地与其他空位保持最近邻关系;已有的空位团可作为空位的凝聚中心具有捕获或吸收附近空位的能力,从而形成更大的空位团。     

部分bcc和fcc金属点缺陷性能的第一原理计算

缺陷对金属及合金的物理和机械性能有显著的影响.点缺陷如空位和间隙性能有助于理解金属和合金的热力学及动力学行为.使用第一原理软件CASTEP模块计算了体心立方结构金属V,Cr,Fe,Nb,Mo,W和面心立方结构金属Ni,Rh,Pd,Cu,Zn,Ag的单空位形成能、结合能、自间隙形成能.计算结果表明:所有结合能的计算值均高于实验值,空位形成能的结果与其他计算方法的结果比较接近;对于bcc结构,110或111哑铃间隙构型能量最低,结构最稳定,与其他计算方法结论一致;fcc结构的100哑铃或八面体间隙构型能量最低,结构最稳定;空位形成能的值大约是结合能的1/3-1/4;间隙形成能与体弹性模量B有关,随着B的增大而增大.     

密度泛函理论研究（MgO）n团簇吸附Ag原子的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）对（MgO）n吸附银原子的几何构型进行优化,并对能量、电荷分布和电子性质进行了计算．结果表明,当n≥4,银原子吸附在空位的结构是最低能量结构,随着银原子数的增加,增加的银原子易与原来的银原子形成银团簇．电荷布局数分析表明,银原子与（MgO）n团簇的相互作用主要是来自较弱的原子极化,吸附的银原子导致其近邻的原子电荷重新分布．通过与纯的氧化镁团簇对比发现,银原子的吸附对氧化镁团簇的成键特性和结构影响比较小．一阶能量差分、分裂能和电子亲和势表明Ag（MgO）4和Ag（MgO）6团簇是稳定的．     

掺铅锂小团簇的结构、稳定性和化学键研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,对锂原子用全电子6-311++g(d,p)基组,铅原子用sddall相对论有效实势基组研究了LinPb(n=7~9)二元团簇较低能量构型的几何结构,并讨论了能量最低的基态构型的化学键和稳定性.研究表明,掺入的铅原子与锂原子之间形成的化学键为共价键,并且成键的价电子对倾向于铅原子.Li8Pb二元团簇基态构型的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUOMO)之间的能隙比LinPb(n=7,9)二元团簇基态构型的大.此外,基于对LinPb(n=7~9)二元团簇基态构型平均原子化能、垂直电离能和垂直电子亲和能的计算分析,得出Li8Pb二元团簇的基态构型最稳定.     

Ag12Y团簇三种可能构型的电子结构和磁性研究

应用密度泛函理论和广义梯度近似方法研究Ag12 Y团簇的稳定性、电子结构和磁性,计算了键长、束缚能、最高占据轨道、最低占据轨道、磁矩和电子分布．结果表明：Ag12 Y团簇稳定性比对应的Ag12团簇高,替代中心原子比替代表面原子更稳定,Oh构型的Ag12 Y为最稳定结构;计算的7个Ag12 Y团簇外层电子均为闭壳层结构,具有较好的化学稳定性;Ag12 Y磁性与替代原子位置和团簇对称性有关,Ih构型和替代表面原子形成的C5v构型具有局域磁性,Cs、C2v构型和替代中心原子形成的C5v构型磁矩为0．     

NiAl晶体中点缺陷的模拟

利用嵌入原子法（ＥＡＭ）势函数,通过分子静态弛豫方法ＮｉＡｌ合金中各种点缺陷的形成能进行了模拟计算。结果表明,从点缺陷的形成能来看,在ＮｉＡｌ晶格中很难形成Ｎｉ反位置缺陷,而Ａｌ原子亚点阵位置总是被占据。当合金富Ｎｉ时,Ｎｉ占据Ａｌ位置形成Ａｌ的反位置缺陷;当合金富Ａｌ时,形成Ｎｉ空位。点缺陷周围原子的位移情况及双空位形成能与空位之间间距的关系的研究表明,随着两个空位之间距离的增大,其交互作用逐渐     

铂金团簇结构与稳定性的密度泛函研究

采用随机踢球全局优化模型结合密度泛函理论系统,研究了Pt^λ_n(2≤n≤9,λ=0,-1)团簇的几何结构等微观性质,以及这些性质随着团簇尺寸变化的关系与演化规律.通过对计算结果理论的分析发现:中性与阴性团簇的基态构型在所研究的尺寸范围内更倾向于具有低对称性的三维立体结构;体系的平均结合能均随着铂金原子个数的增多而增大,阴性团簇平均结合能比相应的中性大;所有电荷态下团簇的离解能、二阶拆分能都随着铂金原子个数的增加呈现出明显的奇偶交替现象.结果表明:阴性的奇数团簇的稳定性要强于与之相邻的偶数团簇的稳定性;相反,中性团簇下偶数团簇的稳定性比奇数团簇强.     

密度泛函理论研究BemBn(m=1,2; n=1-4)团簇的结构与性质

用基于密度泛函理论(the density functional theory,DFT)的B3LYP方法在6-31G*基组水平上对BemBn(m=1,2;n=1-4)团簇各种可能的构型进行几何优化,得到了各团簇的最稳定结构。并从理论上分析了最稳定结构的垂直电离势、能隙、平均结合能和成键特性等性质。结果表明团簇的最稳定结构大多是平面,团簇中通常是B-B和B-Be共存,极少出现Be-Be。团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其它B原子和Be原子通常处在端位,且显正电性。计算得到的BeB4团簇较其它尺寸的团簇稳定。     

氮化镓(Ga_nN)团簇的结构性质研究

研究了镓团簇掺杂一个氮原子后团簇的结构特性.通过遗传算法结合密度泛函理论(DFT)计算出了GanN团簇的最低能量结构.结果发现当n<11时,GanN最低能量结构均是N原子位于中心的构型;n≥11时,GanN最低能量结构与相应尺寸的纯镓团簇的结构已经基本相同.     

MgPn(n=1～10)团簇的最低能量结构与稳定性的密度泛函研究

利用杂化密度泛函B3LYP方法在6-311G基组水平上对MgPn(n=1～10)团簇进行了几何构型优化和频率分析,得到了各个尺寸团簇的最低能量结构,并对体系的最邻近键长、平均结合能、裂化能、二阶能量差分进行了计算和分析. 结果表明: MgPn(n=1～10)团簇中Mg原子没有嵌入P团簇中,在n≥4时,MgPn(n=1～10)团簇最低能量结构的几何构型可以看作一个Mg原子直接替代纯磷团簇的P原子获得. 在优化得到的最低能量结构的基础上,发现可以用平均结合能和Mg-P间最邻近键长来共同描述MgPn(n=1～10)团簇稳定性的变化,MgPn(n=1～10)团簇在n=2,4具有较高的稳定性. 与纯磷团簇相比,MgPn(n=1～10)团簇的对称性与稳定性都有所降低.     

密度泛函理论研究CrnB和Crn团簇

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对CrnB和Crn团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算。结果表明,CrnB团簇的最低能量结构可以通过B原子代替相应的Crn＋1团簇中的Cr原子生长而成。除了局域的结构畸变,CrnB和Crn＋1团簇具有相似的几何结构。二阶能量差分和分裂能表明Cr4,Cr6,Cr8,Cr3B,Cr5B和Cr8B是稳定的团簇。通过电子性质的分析发现B原子的掺杂提高了纯团簇的稳定性。当B原子掺杂在Crn中,团簇的稳定性主要由几何结构决定;B原子的掺杂没有改变cr原子的耦合方式,但是打破了Cr原子的对称性。对于大多数团簇来说,B原子掺杂提高了Crn的磁矩。     

用密度泛函理论研究Mg_n团簇吸附Ag原子的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Mgn团簇吸附Ag原子的几何构型进行优化,并对能量和电子性质进行了计算.结果表明,AgMgn的结构可以通过Ag原子替代Mgn+1中一个Mg原子生长而成.通过分析电子性质,发现Ag原子的掺杂提高了Mgn团簇的化学活性和稳定性;二阶能量差分、分裂能和平均结合能表明AgMg4和AgMg9团簇是稳定的.     

非晶态合金Co_3B_2稳定结构、组成和电子性质

利用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/Lan12dz水平下,对设计出的十几种可能存在的构型分别在二、四重态下进行了全参数优化计算和频率验证,最终获得了6种稳定构型,其中二重态2种,四重态4种。对这些稳定构型的能量、组成和电子性质进行分析,结果表明:团簇Co_3B_2能够稳定存在的几何构型有平面形、三角双锥、单"帽"三角锥和变形四方锥;其中具有单"帽"三角锥结构的构型1~(2)最为稳定;团簇构型随能量的逐渐升高,所占比例逐渐下降,其中构型1~(2)所占比例最大,为27.11%;Co和B原子的电子得失与团簇Co_3B_2构型和重态密切相关;Co原子的3d,4s轨道对原子间成键有较大贡献。     

非晶态合金Co3BP局域结构、成键及电子性质

利用密度泛函理论（DFT）方法,在B3LYP/Lan12dz水平下,对构造出的十几种可能构型分别在二、四重态下进行全参数优化计算和频率验证,最后获得5种稳定构型。对这些稳定构型的能量、几何参数和电荷进行分析,结果表明：原子簇Co3BP能够稳定存在的几何构型中有三角双锥和四方锥构型;其中,三角双锥构型1^（2）最为稳定;团簇构型的稳定与B和P原子的近距离作用有密切关系,此微观结构特征希望不久得到实验证实;Co和B两原子间的作用要强于Co和P两原子间的作用,此结论与实验结果一致;Co-B键和Co-P键对原子簇Co3BP稳定性贡献起主要作用;B原子得电子,P原子失电子,Co原子的电子得失情况与团簇Co3BP构型密切相关。     

密度泛函理论对Al_nTi_2(n=2～11)团簇结构和稳定性的研究

采用生长法和替代法相结合的方式构建AlnTi2团簇的可能候选构型,并在密度泛函理论基础上对其优化得到一系列各尺寸团簇的平衡几何结构.通过分析这些结构可以发现通过在Aln+1Ti团簇结构上的替代一个Ti原子的方式所构成的模型占据了AlnTi2团簇稳定结构的主导地位.另外,通过计算平均结合能,二阶差分能和分裂能分析掺杂2个Ti原子之后团簇的稳定性,结果指出掺杂2个Ti原子可以增加团簇的稳定性,并且与相邻团簇相比,Al4,6,9Ti2团簇具有较高的稳定性.     

团簇V3B2的结构与成键的DFT研究

为深入了解团簇V_3B_2的结构和性质,基于密度泛函理论,在Becke3LYP/Lanl2dz量子水平下对团簇V_3B_2的几何结构及成键进行了系统的研究。对团簇V_3B_2的可能构型分别在二、四重态下进行全参数优化计算和频率验证,并结合E_(ZPE)数据表明构型1(4)最稳定;在合成路线3V+2B→V_3B_2中,各构型均能自发进行。对团簇各构型中各原子间成键行为分析发现,团簇中可能存在B-B近距离接触,金属原子V是体系的潜在活性位点。     

团簇Ni3B2热力学稳定性及其催化性质

为研究Ni-B体系的微观性质,运用密度泛函理论(DFT)方法,在B_3LYP/Lan12dz水平下对Ni_3B_2团簇构型进行优化,得到8种稳定构型,通过热力学稳定性的分析可知,三重态稳定存在比例要高于单重态。通过对构型的原子间距及键级分析表明,Ni-Ni间距在小于0.240 nm时有利于团簇稳定,原子间距在0.240 nm到0.345nm之间不利于团簇的稳定;B原子近距离(小于0.170 nm)接触有利于团簇稳定,与文献中结论相符。依据前线轨道理论讨论了各构型参与反应能力,单重态能隙差普遍要低于三重态,参与反应能力更强。既能够稳定存在又具有较强参与反应能力的是平面构型4(3)和1(1)。     

Al3团簇及其表面锂原子吸附的理论研究

基于密度泛函理论（DFT）,分别对Al3和Al3Li团簇可能的几种结构进行优化和频率分析,随后对所获得的结构分别采用 Becke三参数混合泛函（B3LYP）方法和耦合簇理论CCSD（T）方法计算单点能。计算结果表明：Li原子位于Al3团簇表面桥位时,能量最高;位于顶位时,能量次之;位于洞位时团簇最稳定。结合频率分析,进一步对Li原子在Al3团簇表面的扩散行为进行了研究。研究表明,位于桥位的Li原子可能通过顶位这一过渡态向Al3团簇中心位置扩散,从而形成稳定的结构。与Al3团簇相比,Al3Li（Li原子位于洞位时）团簇中,Li原子的吸附使得Al-Al原子之间的键长增加了;铝原子也由原来的电中性转变为带负电了。