RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)物理性质的第一性原理研究

【目的】对RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)的物理性能进行研究。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理方法对RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)的结构性质、电子结构、力学以及热力学性质进行计算。对RE2Ti3Si4单晶的弹性常数,多晶的体积模量、剪切模量和杨氏模量都进行了计算。利用准谐的德拜模型计算获得了体积模量、比热熔和热膨胀系数随着温度和压强的变化,并进行了相关的讨论。【结果】RE2Ti3Si4的晶格常数计算值和实验值吻合较好。【结论】形成焓的计算值随着稀土元素原子序数的增加而呈现微小的下降趋势,这表明化合物的稳定性随着原子序数的增加而加强。电子态密度显示在费米能级之下,Ti-3d和RE-5d的态密度有着很强的杂化现象。     

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,利用赝势平面波法分析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具有较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质。     

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.     

Fe_2P弹性常数的理论计算

基于密度泛函理论,运用第一原理腰势平面波方法,计算了六方晶系和正交晶系Fe2P的弹性常数,对两种结构Fe2P的形成焓、电子态密度、晶格参数、体弹性模量、剪切模量和泊松比等进行了预测,除体弹性模量外,计算结果与已有的实验和其他计算结果相符.结果表明:六方晶系的Fe2P比正交晶系的Fe2P稳定,两种结构的Fe2P化合物均表现为延性,正交晶系Fe2P的延性比六方晶系的Fe2P的延性要好.     

B2-CuRE物理性质的第一性原理计算

【目的】对17个B2-CuRE的热力学性质、力学性质、电子结构特性以及相关的热物理性质进行研究,为材料的设计和开发提供参考。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理计算B2-CuRE(RE=Sc,Y,La-Lu)的能量、弹性常数以及电子结构特性。【结果】计算获得的晶格常数、形成焓、体积模量以及弹性常数和实验值吻合,高的B/G比表明B2-CuRE具有很好的延性。【结论】电子结构的计算可以阐明B2-CuRE的成键机制。B2-CuRE具有很好的延性。     

Ta-C化合物物理性质的第一性原理研究

【目的】难熔金属碳化物具有优异的物理化学性能,可在众多领域中广泛使用。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理方法对Ta-C二元体系中的TaC、Ta_2C、Ta_4C_33个金属间化合物的热力学、力学性质以及电子结构进行计算研究。【结果】本研究晶格常数计算值和实验值一致,形成焓以及弹性常数计算值和其他理论值吻合。弹性模量计算值表明TaC具有最高的体积模量、剪切模量和杨氏模量,也即其脆性最大;而Ta_2C各个模量最小,其延展性最大。电子结构和电荷密度差显示Ta的d态电子和C的p态电子有杂化的现象,并且Ta-C之间呈现离子键特征。利用德拜模型得到了3个化合物在高温高压下的热物理性质,随着温度的增加,体积模量减小,而热容以及热膨胀系数增大,其中热容在1 000K以上变化越来越小,最后接近杜隆-珀蒂极限值。随着压强的增加,体积模量增大,而热容和热膨胀系数减小。【结论】在3个化合物中,TaC的强度最高,脆性最大,而Ta_2C的强度最低,延展性最好。     

Al-Fe-Zr三元系中金属间化合物的形成焓计算

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合纯元素的晶格常数、空位形成能、结合能和体积模量等,确定出Al、Fe和Zr的嵌入原子模型参数,并用该嵌入原子模型分别计算由Al、Fe和Zr元素构成的3个二元系以及三元系中的有序合金化合物的形成焓。计算结果与已有的实验结果和第一原理计算结果符合得比较好。从计算Al-Fe-Zr所组成的三元有序金属间化合物的形成焓得出的金属间化合物稳定性趋势与三元相图相符合。     

金属间化合物MgZn_2、Mg_2Y和Mg_3Zn_3Y_2弹性性质的第一性原理计算

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对MgZn_2、Mg_2Y和Mg_3Zn_3Y_2的结构稳定性和力学性能进行了计算和分析。计算了3种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明:MgZn_2具有最强的抵抗变形能力和塑性,Mg_3Zn_3Y_2具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力。进一步分析表明,MgZn_2、Mg_2Y为延性相,而Mg_3Zn_3Y_2为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,3种金属间化合物中,Mg_3Zn_3Y_2的硬度最大,MgZn_2的熔点最高。     

尖晶石CSi2N4化合物的电子结构和硬度分析

采用密度泛函理论在广义梯度近似下的赝势平面波方法,对尖晶石CSi2N4体系进行晶格优化,得到能量最低的稳定结构,获得平衡态时的晶格常数,并计算了总能量、弹性常数、体变模量、能带结构和态密度,再根据计算结果对其稳定性和电子结构进行分析.最后,计算了尖晶石CSi2N4化合物的硬度,并与尖晶石结构的氮化碳(C3N4)进行了比较.     

尖品石CSi2N4化合物的电子结构和硬度分析

采用密度泛函理论在广义梯度近似下的赝势平面波方法，对尖晶石CSi2N4体系进行晶格优化，得到能量最低的稳定结构，获得平衡态时的晶格常数，并计算了总能量、弹性常数、体变模量、能带结构和态密度，再根据计算结果对其稳定性和电子结构进行分析。最后，计算了尖晶石CSi2N4化合物的硬度，并与尖晶石结构的氮化碳（C3N4）进行了比较。     

Microstructural evolution and mechanical properties of Nb-Si-Cr ternary alloys with a tri-phase Nb/Nb5Si3/Cr2Nb microstructure fabricated by spark plasma sintering

In this work, pure Nb, Nb₅Si₃ and Laves Cr₂Nb compound powders were used as raw materials to prepare Nb-Si-Cr ternary alloys by spark plasma sintering (SPS). A comprehensive estimation of the microstructure and properties, including room temperature fracture toughness, high temperature strength and oxidation resistance, of the Nb-Si-Cr ternary alloys as a function of the Nb/Nb₅Si₃/Cr₂Nb phase volume fraction combinations was conducted. The results showed that Nb-Si-Cr ternary samples with the relative density larger than 98.42% were obtained by SPS processing, and the samples all consisted of Nb, Nb₅Si₃ and Cr₂Nb phases that were distributed homogeneously. The fracture toughness K_Q of the Nb/Nb₅Si₃/Cr₂Nb microstructure, which was dominated by the Nb phase, naturally increased with the Nb fraction. As expected, the room-temperature Vickers hardness and the high-temperature strength of the bulk alloys increased monotonically with the increasing of the stiffening Nb₅Si₃ fraction. Interestingly, the binary Cr₂Nb phase played a positive role in the high temperature strength and oxidation resistance. Finally, the fracture modes of the typical Nb/Nb₅Si₃/Cr₂Nb microstructures under bending and compression conditions at room and high temperatures as well as the oxidation mechanism are described and discussed.     

机械合金化-热处理制备V5Si3材料

[目的]为了获得V/Si类化合物基本结构和性能,拟合成V/Si系金属间化合物V_5Si_3。[方法]采用V粉和Si粉作原料,按照原子比V∶Si=5∶3进行称量,通过机械合金化与热处理制备V_5Si_3,再利用XRD,SEM/EDS等方法对球磨粉体试样和热处理试样的物相组成、微观形貌和微区成分进行分析与表征,并测量其抗压性能和硬度。[结果]V/Si粉体经过球磨后颗粒度减小,逐渐非晶化,最终得到以原子比V∶Si=5∶3结合的非晶态物质;经过热处理,非晶态结构转变为V_5Si_3晶体。[结论]随着热处理温度的升高,晶体结晶度提高,材料的抗压强度和显微硬度增加,抗压强度达到640 MPa,显微硬度最高为656 MPa。     

Cr~(4+):Ca_2GeO_4晶体光谱的理论研究

分别用平均共价因子和双共价因子模型研究了Cr~(4+):Ca_2GeO_4晶体的光谱,研究结果表明:平均共价因子模型下,计算值与实验值相差甚远;而双共价因子模型下的计算值与实验数据符合得很好.这说明传统的平均共价因子模型不能很好地解释Cr~(4+):Ca_2GeO_4晶体的光谱,而双共价因子模型能改进平均共价因子的不足,更好地解释Cr~(4+):Ca_2GeO_4晶体的光谱.     

Nd1-xZnxFeO3纳米材料的甲烷气体气敏性研究

采用Sol-gel法制备出Nd_1-xZn_xFeO₃（x=0, 0.04, 0.08, 0.2）粉体. XRD图谱表明Nd_1-xZn_xFeO₃粉体为正交钙钛矿结构，产物为纳米级颗粒(16～17.5nm)，平均粒径随x的增大有所减小. 用Nd_1-xZn_xFeO₃纳米粉体制成气敏元件，测试了材料对甲烷气体的气敏特性. 测试结果表明Zn的适量掺入可提高对甲烷的灵敏度. 其中以Nd_0.92Zn_0.08FeO₃对甲烷的灵敏度最大，在最佳工作温度200℃下对4×10^-6mol/L的甲烷气体灵敏度最大值为3.87，对2×10^-5mol/L的甲烷气体中灵敏度最大值为16. Nd_0.92Zn_0.08FeO₃还表现出了极好的响应恢复时间特性，工作温度200℃时对2×10^-5mol/L的甲烷响应、恢复时间分别为25s和45s.     

WO3-ZrO2/SBA-15的制备及其可见光催化分析

通过溶胶凝胶法,分别制备了不同负载量的WO_3/SBA-15和WO_3-ZrO_2/SBA-15介孔材料,利用XRD、BET和TEM等表征手段对其进行表征,并对其光降解染料罗丹明B的活性进行比对研究分析。结果表明:Wx/SBA-15(x=20,30,40,50)和W_(40)Zry/SBA-15(y=3,5,7,9)均能在可见光下光降解罗丹明B,光催化活性W_(40)/SBA-15W_(50)/SBA-15W_(30)/SBA-15W_(20)/SBA-15;引入ZrO_2后,光催化活性W_(40)Zr_5/SBA-15W_(40)Zr_9/SBA-15W_(40)Zr_7/SBA-15W_(40)Zr_3/SBA-15。其中,W_(40)/SBA-15和W_(40)Zr_5/SBA-15的光降解效率最高,分别为73.4%和86.6%,ZrO_2的引入提高了光降解效率;同时,WO_3/SBA-15和WO_3-ZrO_2/SBA-15也具有很好的循环价值,可多次使用。     

Hydrogen storage properties of (Ti0.85Zr0.15)1.05Mn1.2Cr0.6V0.1M0.1 (M=Ni, Fe, Cu) alloys easily activated at room temperature

The(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)M_(0.1)(M=Ni, Fe, Cu) alloys with a single C14-type Laves phase have been fabricated by arc melting. They are able to be easily activated by one hydrogen absorption and desorption cycle under 4 MPa hydrogen pressure and vacuum at room temperature. Partial substitution of M for Mn results in the increase of hydrogenation and dehydrogenation capacities in an order of Ni Fe Cu. M elements increase the absorption and desorption plateau pressure in an order of(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Cu_(0.1)(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Fe_(0.1)(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Ni_(0.1). The(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Cu_(0.1) alloy has reversible hydrogen capacities of 1.81 wt% at 273 K and 1.58 wt% at 318 K with formation enthalpy(ΔH_(ab)) of-20.66 kJ mol~(-1) and decomposition enthalpy(ΔH_(de)) of 27.37 kJ mol~(-1). The differences in the hydrogen storage properties can be attributed to the increase of the interstitial size for hydrogen accommodation caused by the increase of unit cell volumes in the order of(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Ni_(0.1)(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Fe_(0.1)(Ti_(0.85)Zr_(0.15))_(1.05)Mn_(1.2)Cr_(0.6)V_(0.1)Cu_(0.1).     

高温均匀化对Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金组织和成分分布的影响

研究了不同均匀化温度对Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金组织和元素分布的影响;结果发现随着高温均匀化处理温度的升高,硅化物的组织形貌由共晶首先转变为细长条状,随后长大为长条状,Laves相Cr_2Nb的形貌由针状转变为粗大的不规则形貌,最后溶解。随着高温均匀化温度的升高,Ti在初生相Nbss中的含量呈现升高的趋势,而Cr在初生相Nbss中的含量呈现先升高后降低的趋势。     

Structure and electrochemical properties of LiLaxMn2-xO4 cathode material by the ultrasonic-assisted sol-gel method

Powders of spinel LiLa_xMn_2—xO₄ were successfully synthesized by the ultrasonic-assisted sol-gel (UASG) method. The structure and properties of LiLa_xMn_2—xO₄ were examined by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, scanning electronic microscopy (SEM), galvanostatic charge-discharge test, and cyclic voltammetry (CV). XRD results show that the La³⁺ can partially replace Mn³⁺ in the spinel and the doped materials with La³⁺ have a larger lattice constant compared with pristine LiMn₂O₄. FT-IR indicates that the absorption peak of Mn³⁺−O and Mn⁴⁺− O bonds has a red and blue shift with the increase of doping lanthanum in LiLa_xMn_2—xO₄, respectively. The charge-discharge test exhibits that the initial discharge capacity of LiLa_xMn_2—xO₄ drops off, and the capacity retention increases gradually at C/5 discharge rate with the increase of doping lanthanum, and LiLa_0.01Mn_1.99O₄ has a higher discharge capacity and a better cycling performance at 1C discharge rate. CV reveals that the doping La³⁺ is beneficial to the reversible extraction and intercalation of Li⁺ ions.