Tix-Nb1-x合金结构及弹性性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法详细地计算了高温高压下不同铌含量对Tix-Nb1-x (x=0, 025, 05, 075,1)二元合金的能量和结构的影响。结果表明,零温零压下不同铌含量下的三种稳定的合金组成结构分别为六角密堆结构Nb025Ti075,体心立方结构 Nb05Ti05和体心立方结构Nb075Ti025,所得的稳定的合金结构晶格参数与相关的实验值和理论值符合的很好。这样, 分别计算了在压强60GPa范围内的稳定的合金结构的弹性性质和弹性模量。     

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.     

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.     

CrN弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文采用平面波赝势密度泛函理论方法研究了立方相CrN平衡态的结构和弹性性质,计算结果与已有的实验值和理论值符合较好.首次利用准谐德拜模型计算了CrN的热力学性质,得到了不同温度下,CrN的体积随压强的变化关系,以及德拜温度、摩尔热容量、熵和内能随压强及温度的变化关系.     

Be成分对BexZn1-xO合金晶体结构、弹性和电子性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,深入研究了Be成分对BexZn1 -xO合金(x=0.0,0.125,0.25,0.5,0.75,0.875,1.0)的晶体结构、弹性常数、弹性模量、各向异性以及泊松比的影响.计算得到的结构参数和弹性性质与现有的理论和实验结果一致.研究发现随着Be成分的增加,体弹模量、剪切模量和杨氏模量逐渐增大,而各向异性以及泊松比则缓慢减小.与BeO相比,ZnO展现了较低的各向异性,而且BexZn1-xO合金的各向异性度随着Be成分的增加而增加.在0≤x≤1的范围内,BexZn1-xO合金具有直接带隙特征,且带隙的弯曲参数b缓慢增加.     

Brookite-TiO2晶体光学、弹性和晶格热力学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究brookite-TiO₂晶体的光学、 弹性和晶格热力学性质. 结果表明： brookite-TiO₂晶体的等离子振荡频率对应能量分别为22.4,40.4 eV; brookite-TiO₂晶体结构是力学和热力学稳定的.     

Brookite-TiO2晶体光学、 弹性和晶格热力学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究brookite-TiO₂晶体的光学、 弹性和晶格热力学性质. 结果表明： brookite-TiO₂晶体的等离子振荡频率对应能量分别为22.4,40.4 eV； brookite-TiO₂晶体结构是力学和热力学稳定的.     

立方ScN、GaN的结构和高温热力学性质的第一性原理研究

通过第一性原理计算了ScN和GaN立方氯化钠相的结构、声子及高温热力学性质;并采用超胞方法计算声子态密度,通过准谐近似计算得到了ScN和GaN的热膨胀系数、热熔及熵值随温度的变化关系,所得结果与现有实验值符合较好.     

ReB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ReB2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数.晶格常数的计算值与实验值及其它理论值符合较好.通过准谐德拜模型研究了ReB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,同时获得了相对晶格常数(a/a0,c/c0)、相对体积(V/V0)与压强的关系以及热膨胀系数α与压强和温度的关系.     

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.     

CdS_xSe_(1-x)合金结构、电子结构和光学性质的第一性原理研究

用密度泛函理论究了闪锌矿型三元合金体系Cd SxSe1-x的晶体结构、电子结构和光学性质.计算了组分参数在0≤x≤1范围内Cd SxSe1-x的电子结构、态密度和带隙,计算结果表明Cd SxSe1-x为直接带隙半导体材料,其带隙随Se含量的增加而减小.分析了Cd SxSe1-x的复介电函数和吸收系数等光学性质随光子能量变化的关系,随Se元素含量增加,各光学特性曲线向低能方向移动.     

液态Cu-Ni合金的超过冷与热力学性质

采用熔融玻璃净化法得到质量分数为 Cu- 2 5 % Ni,Cu- 33% Ni,Cu- 5 0 % Ni,Cu- 75 % Ni等 4种铜镍系合金的过冷度与凝固平台的关系。通过传热学分析指出凝固平台时间长度与过冷度成线性关系。在此基础上得到了这 4种成分合金的超过冷临界温度及其熔点以下液态的平均比热容。实验中 4种合金的过冷度分别达到 :381K,380 K,349K和431K。     

NaH高压相变、弹性和热力学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,通过平面波赝势方法计算研究了NaH的高压结构相变、弹性和热力学性质.详细计算了NaH的平衡晶格常数a0,弹性常数Cij,体积弹性模量B0及其导数B0′.结果显示:本文计算值与实验值和其他理论值一致.利用吉布斯自由能等熵条件计算发现,NaH从B1结构向B2结构发生相变时的相变压为30.5GPa,体积塌缩率为4.5%,与实验值(29.3±0.9)GPa接近,但小于其他理论计算值(37.0GPa).采用静水有限应变技术计算研究了弹性常数Cij、弹性波速、德拜温度ΘD、弹性各向异性因子随压力的变化关系.根据准谐德拜模型,计算研究了NaH的热容Cv和热吸收系数α等热力学性质.所选择的压力范围为0~50GPa,温度范围为0~1500K.     

无序 FCC TixAl(1-x)合金的电子结构和热力学性质

应用合金系统科学(SSA)框架,确定FCC Ti-Al合金系结构参数和性质及相应特征晶体的基本信息;在FCC Ti-Al系中,通过SSA框架计算得到Ti和Al特征原子序列的电子结构和性质;确定新的Gibbs能函数与结构参数和性质能紧密关联。研究结果表明,应用特征原子排列设计可设计无序和有序合金,它们的电子结构、晶格常数、物理性质和热力学性质随成分的变化都可由此求得。     

ZnSe高压物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方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

金属Ti热学性质第一原理研究

应用基于密度泛函与密度泛函微扰理论的平面波赝势方法计算一组不同晶格常数下六角密堆积(hcp)结构金属Ti的声子谱及相应的静态总能,由此得到不同晶格常数下的自由能,由准谐近似及自由能极小判据得到自由能与温度的关系,进而计算热膨胀系数、定容摩尔热容及定压摩尔热容与温度的关系,对热膨胀系数及定容摩尔热容的第一原理计算值与德拜理论计算值进行比较。结果表明:295 K下声子谱理论值与实验值除在[001]方向上的光学纵模有少量偏差外,其余部分符合得很好;hcp结构金属Ti有一定程度的各向异性热膨胀,沿c轴方向与a轴方向的热膨胀系数比值为1.5左右;热膨胀系数、定容摩尔热容及定压摩尔热容第一原理计算值在较宽的温度范围内与已有的实验数据相符;热膨胀系数的德拜理论值仅在室温以下温区与实验结果相符;定容摩尔热容的第一原理计算值与德拜理论值在中温区有少量偏差,在低温及高温区非常接近。     

纯有机化合物NIT-2-O1的电子结构和铁磁性的第一性原理研究

基于全电子势线性缀加平面波方法(FP—LAPW)的第一性原理计算，研究了纯有机化合 物NIT-2-O1的电子能带结构和它的铁磁性质，具体计算了该化合物总的态密度和各原子的分态密度，讨论了各原子的自旋磁矩，结果发现该化合物中未成对电子被局域在NO基团的反键分子轨道上，从而提供了该化合物的净磁矩，磁矩的顺序排列构成了该化合物的铁磁相互作用。本对NIT-2-O1中铁磁机制的起源做了深入讨论。