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。     

铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究

基于密度泛函理论系统地研究了铀锆合金(γ-UZr和δ-UZr2)的晶体结构、电子结构及化学键性质。鉴于U-5f电子的强关联性,使用局域密度近似(LDA)和LDA+U(U=4eV)方法对比研究了铀锆合金的基态性质。尽管这两种方法计算所得的晶格常数均略小于实验值,但总体上与实验还是符合的很好。与纯LDA相比,加U=4eV的计算结果显示5f电子的库仑排斥作用对合金体系电子态密度分布的影响极小。因此可忽略U-5f的库仑排斥作用。两种构型合金体系的总态密度分布表明它们在费米能级附近的电子占据主要是U-5f和Zr-4d,并有明显的杂化。在γ-UZr和δ-UZr2中,U—Zr键间均显示微弱的共价性,其中U—Zr2共价性最强(0.048e/au3),U—Zr次之(0.040e/au3),U—Zr1最弱(0.032e/au3),而δ-UZr2中的Zr1离子性最强。     

Cu-Fe合金单原子链结构稳定性和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,系统地研究了轴向应力作用下均匀交替构型和非均匀二聚体构型Cu-Fe合金单原子链的结构稳定性和磁性.均匀交替构型Cu-Fe合金单原子链在较大的原子间距范围内能够稳定存在,而二聚体构型Cu-Fe~*合金单原子链中易于形成Fe_2二聚体结构,稳定性较低.Cu-Fe合金单原子链在应力拉伸作用下由锯齿形结构向直线形结构转变的同时,其磁耦合特性也由铁磁耦合转变为反铁磁耦合.电子结构的分析表明Cu原子和Fe原子间的轨道杂化和电荷转移导致了Cu-Fe合金单原子链的高稳定性.     

ZnOS三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论下的VASP软件包详细研究了三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随S组分x的变化关系,并计算了三元合金的带隙弯曲参数.采用AM05XC泛函对结构参数进行优化,带隙修正采用了LDA-1/2的计算方法.结果表明:随着S浓度x的增加,三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能量均呈现出线性递增的关系,而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质,这跟三元合金ZnO1-xSx的固溶度相关.从导带底到价带顶的光跃迁出现在Γ点,影响价带顶和导带底的价电子分别是S的3p态和Zn的4S态.     

金属中氦缺陷的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了面心立方fcc、体心立方bcc和六方密堆hcp结构金属中氦缺陷,计算分析了三种晶体结构金属中四面体间隙位置、八面体间隙位置和替代位置氦原子的形成能．并比较了fcc、bcc和hcp结构中不同位置氦点缺陷的稳定性．     

Au-Ag合金纳米管填充碳纳米管特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,研究了Au-Ag合金纳米管同轴填充不同线径锯齿型(n, 0)碳纳米管所形成复合系统的稳定性、电子特性和力学性能.结果表明,内、外管间距约为4.20?的Au_xAg_(4-x)@(15, 0)复合系统为具有较大填充率的最稳定结构.能带结构分析表明,相对于自由Au-Ag合金纳米管复合系统的量子电导有所增加,电子态密度分析表明复合系统中的传导电子主要来源于内部Au原子和Ag原子的s电子以及外部C原子的p电子.相对于自由金属纳米管而言,碳纳米管的包裹使得金属纳米管的轴向拉伸临界应变和理想强度大大增加,有效地提高了其力学性能.     

难熔元素合金化NiAl合金的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了合金元素Zr、Hf、Nb、Ta对NiAl合金的电子结构、力学性能和热学性能的影响,分析了合金相的晶胞参数、态密度、韧脆性以及焓、自由能、熵、德拜温度和热容。研究表明:Zr、Hf、Nb和Ta在晶胞结构中都倾向于取代Al位点,合金化后晶胞的晶格参数和晶胞体积均增加到不同程度。态密度图显示0～20 eV能量范围内,态密度分布均较为平均,没有局域的态密度(density of states, DOS)尖峰,-10～0 eV能量区间内态密度均出现最强峰。由柯西压力值判断,Zr、Hf、Nb、Ta的加入均使柯西压力值增大,且合金相模量比(ratio of shear modulus to bulk modulus,G/B)的值均小于0.57,合金相表现出相对韧性。在0～1 700 K温度范围内,合金相的焓、熵均随温度的升高而增大,当温度高于400 K时,合金相的德拜温度均趋于420 K;随着温度的升高,合金相的热容值均趋近于杜隆-珀蒂极限值,表明合金化后结构体现出良好的热力学性能。     

Mg1-xScx合金理想强度的第一性原理计算

采用第一性原理计算方法研究了Mg_1-xSc_x（0.10c合金bcc[001]和hcp[0001]理想强度随Sc组分的增加显著增加;合金bcc[001]理想强度在Sc组分从15at.%增加至25at.%时增加了25%,而hcp[0001]理想拉伸强度增加8.6%,说明Sc合金化对Mg的bcc相稳定化效果显著。MgSc合金hcp[0001]的理想强度约为bcc[001]的10倍,对应hcp[0001]理想强度的应变约为bcc[001]的3倍,说明hcp相结构稳定性显著强于bcc相。Mg和Sc基态均为hcp结构,Sc合金化对hcp合金理想强度的影响略小。     

Pt-Ni合金团簇的结构与磁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计算程序包VASP(Vienna ab-initio Simulation Package)对Pt13,Ni13及Pt-Ni合金二十面体团簇进行了计算机模拟研究.研究表明,Pt13和Ni13团簇显现出完美的Ih(正二十面体)对称性,Pt13团簇的磁矩为2.13μB,Ni13团簇的平均原子磁矩也比其体块的原子磁矩有所增大.对Pt-Ni合金团簇,Pt原子倾向于偏析到团簇表面,团簇的平均最近邻键长随着Ni原子数目的增多而单调减小,总磁矩可通过Ni含量的变化而进行调制.     

NbMoTaWVx难熔高熵合金的微观结构和力学性能的第一性原理研究

采用虚拟晶体近似固溶体模型,通过第一性原理方法研究V元素含量的变化对NbMoTaWV_x难熔高熵合金的晶体结构和弹性性质的影响.结果表明, NbMoTaWV_x难熔高熵合金均为单相无序体心立方结构, V较小的原子半径和密度导致合金的晶格常数和密度减小. V的添加会降低合金抵抗弹性形变的能力,但合金的韧性和各向异性会增强.价电子浓度可能是影响合金结构和力学性能的重要因素,价电子浓度降低,其晶体结构稳定性和理论强度有所下降,但韧性和各向同性会增强.     

氮化铟(0001)干净和缺陷表面结构研究

利用第一原理研究了纤锌矿结构InN(0001)表面结构.用两种势(US-PP和PAW)对氮化铟晶格常数优化,用US-PP势计算值和实验值符合的更好.US-PP势总能计算表明氮吸附在InN(0001)面的(2×2)结构H3位最稳定,铟吸附在InN(0001)面的(1×2)结构T4位最稳定.InN(0001)表面容易形成铟层,氮空位很可能是造成n型InN的高载流子浓度的施主.     

锐钛矿型TiO_2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究.本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况.分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2.6 eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0.25 eV的杂质能级.结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是p型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质.     

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

铍青铜大规格棒材超声波探伤技术研究

随着我国航空、航天、石油、化工等行业的飞速发展,对其用铍铜合金加工材质量的要求日益提高,超声波探伤技术作为铍铜合金加工材的主要质量控制方式日渐重要。本文介绍了铍铜合金大规格棒材超声探伤技术的原理和方法、超声探伤特性及其加工材的常见缺陷类型。并对有缺陷产品的缺陷进行解剖、分析和总结。     

静电场时效处理温度对GH4169合金点缺陷的影响

将静电场时效处理应用于GH4169镍基高温合金,以研究静电场对合金内部点缺陷的影响.结果表明:500℃无电场时效处理所提供的能量不足以使一些处在正常点阵位置上的原子跳出能垒而形成新的单空位,但可促进大量处于畸变位置上和邻近空位的原子实现再次的跃迁.强静电场的施加使合金内部不带电原子产生梯度力,加速了原子的振动.在600,700和800℃时效20 h过程中施加8 kV/cm强静电场,其平均正电子湮没寿命提高6%~7%,增大了合金内部平均空位尺寸.     

第一性原理研究Mg(16-x)Tix(x=1-16)合金的晶体结构和力学性质

设计力学性能良好的新型镁钛合金对于促进汽车工业、固态储氢材料以及生物复合材料具有重要的意义. 本文基于第一性原理计算, 以能量为判据, 筛选出了Mg(16-x)Tix(x=1~16)每个组分下最稳定的晶体结构, 同时通过形成能、声子谱以及弹性常数对相对稳定的Mg15Ti1, Mg2Ti2, Mg1Ti15晶体结构进行了详细的研究. 研究结果表明镁钛合金是不相溶的, 形成的结构均为亚稳态结构且是热力学稳定的, 此外钛含量的增加有利于增加镁钛合金的硬度以及延展性, 这与实验结果一致, 但是会降低共价键的强度.     

半休氏勒合金LiMgAs结构和热力学性质的第一性原理计算

本文利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了Half-Heusler合金LiMgAs的结构性质以及热力学性质.所计算的晶格常数、弹性模量以及弹性模量对压强的导数均与实验及其他理论值相吻合.本文还计算了α、β和γ三种相的LiMgAs声子频率,发现没有虚频的α-LiMgAs热力学结构稳定,其他两相均有虚频,不稳定.本文通过准谐德拜模型,研究并获得了不同温度0～1500 K和不同压强0～70 GPa下的热膨胀系数、热容、熵、德拜温度和Grüneisen参数.我们发现,热膨胀系数、热容、熵和Grüneisen参数随温度的增加而增加,随压强的增加而减小;而温度和压强对德拜温度和弹性模量的影响和对上面其他物理量的影响恰好相反.另外,当温度高于1000 K时,热容值变化很小,遵循Dulong-Petit定律.     

DFT+U方法研究Ni掺杂对CeO2结构和储放氧性能影响

铈基材料具有优异的储放氧性能和催化活性,在当今催化领域有着广泛的应用.本研究通过DFT+U方法计算了Ni掺杂引起的Ce02局域结构及全局结构扰动.并分析了原子位置排布与储放氧性能之间的构效关系.当Ni以间隙位形式进入CeO2晶胞时,Ni具有四面体配位特征,部分氧离子远离其初始位置.向类间隙位移动;在产生氧空位之后,全局结构弛豫现象明显.当Ni以取代位形式进入CeO2晶胞时,Ni具有八面体配位特征,与纯NiO结构类似;在产生氧空位之后,由Ni及其最近邻氧离子构成的局域空间发生扩张.结合氧空位生成能计算结果,间隙位Ni离子对储放氧性能的促进较小,取代位Ni离子可促进体系自发产生氧空位.