Mg_2Si金属间化合物的结构稳定性,热力学和力学性能的第一性原理计算

通过CASTEP软件包中基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Mg_2Si金属间化合物的平衡晶格常数、热力学参数和弹性常数.利用理论公式和分析方法以及经验公式推导了Mg_2Si的密度、结构稳定性、弹性模量、硬度和熔点等.晶格常数、热力学参数和弹性常数的计算值与实验值和理论值吻合,证实了第一性原理方法计算所得参数的正确性与可靠性.推导了Mg_2Si形成热和结合能,结果表明Mg_2Si易形成稳定化合物,具有较强的合金化能力.同时推导了密度ρ、弹性模量E、剪切模量G、体模量B、泊松比ν和各向异性参数A,结果与实验值和其他理论值吻合,证实了Mg_2Si具备低密度、高弹性模量、塑性差以及Mg_2Si相为脆性相的特性.利用经验公式预测了Mg_2Si硬度和熔点,证实其高硬度、高熔点的特性.     

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.     

CaSiO3钙钛矿弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛甬理论的平面波赝势方法的第一性原理计算,研究了高温高压下CaSiO3钙钛矿的弹性性质.研究表明:高压下CaSiO3钙钛矿的绝热弹性模量与最新的实验和理论结果吻合得很好,弹性各向异性开始随着压强的增加快速下降;随着压强的逐渐增大,在高压下下降逐渐变得平缓.     

Mg_2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg2Si基态的电子结构、态密度和光学性质.计算结果表明Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994eV;其价带主要由Si的3p以及Mg的3s,3p态电子构成,导带主要由Mg的3s,3p以及Si的3p态电子构成;静态介电常数ε1(0)=18.89;折射率n0=4.3460;吸收系数最大峰值为356474.5cm-1;并利用计算的能带结构和态密度分析了Mg2Si的介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的计算结果,为Mg2Si的设计与应用提供了理论依据。     

六方HfB_2弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了六方HfB2的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质.计算得到的晶格常数和弹性常数均与实验值相符,并说明了六方HfB2的晶体结构是稳定的;通过Reuss-Voigt-Hill模型计算得到了六方HfB2的体积、剪切、杨氏模量及泊松比,同时获得了六方HfB2的德拜温度,计算结果都与实验值相一致;六方HfB2的电子结构表明其具有金属性和共价性;计算得到六方HfB2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和复光电导谱,计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为47.92和27.77,折射率分别为6.93和5.27,计算结果表明了六方HfB2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为六方HfB2的应用提供了理论参考数据.     

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.     

四方ZrO_2弹性常数、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了四方ZrO2的弹性常数、电子结构和光学性质.计算得到的晶格常数和弹性常数均与实验值相符;计算结果表明四方ZrO2的晶体结构是稳定的,四方ZrO2属于间接带隙氧化物,禁带宽度为4.06 eV.经带隙校正后,计算得到四方ZrO2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和光电导谱;计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为4.83和4.30;折射率分别为2.20和2.07;计算结果表明了四方ZrO2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为四方ZrO2的应用提供了理论依据.     

RAgSb2金属间化合物的第一性原理研究

本文从理论计算的角度研究RAgSb_2(R=La-Sm,Gd-Er)合金的部分物理性质,为解释这些化合物的奇特物理性质提供理论依据。采用第一性原理计算方法研究RAgSb_2化合物的结构、机械性能、声子以及热力学性质。根据Birch-Murnagha方程拟合结果,发现LaAgSb_2无磁性,其余合金均表现磁有序,其中除了CeAgSb_2和GdAgSb_2外,其余的RAgSb_2合金的反铁磁态能量低于铁磁态。这些化合物的结合能计算数值均为负值,说明它们具有稳定的结构。而弹性模量的计算结果表明这些化合物具有稳定的机械性能。根据泊松比和B/G值,可以证实GdAgSb_2合金和TbAgSb_2合金具有韧性,而其余的合金表现为脆性。声子谱的计算结果显示这些合金具有稳定的热力学性质,其热容CV随着温度的升高,在低温下急剧增加并与T~3成正比,在较高温度下缓慢增加并趋向于Dulong-Petit极限,高温下的热容接近47.5cal·cell~(-1)·K~(-1)。     

YbB_6晶体结构、状态方程、弹性和热学性质的第一性原理计算

基于第一性原理的密度泛函理论及准谐德拜模型,研究了YbB_6的晶体结构、状态方程(EOS)、弹性性质和热学性质.计算得到的YbB_6晶体晶格常数、体弹模量、弹性常数和实验符合得很好.状态方程的研究结果显示,压强和温度对YbB_6晶体体积的影响都非常显著,在高温和低压下,压强对YbB_6晶体体积的影响比在低温和低压大.在讨论的压强和温度范围内,压强对YbB_6晶体的体弹模量的影响要比温度的影响大.弹性常数及与弹性相关量的计算结果显示,在零温零压下,YbB_6晶体结构是稳定的,具有延展性,是中心力场固体.计算的定压、定体热容及热膨胀系数的结果表明,压强对YbB_6晶体的热容和热膨胀系数的影响比温度的影响小.     

YbB6晶体结构、物态方程、弹性和热学性质的第一性原理计算

基于第一性原理的密度泛函理论及准谐德拜模型, 研究了YbB6的晶体结构、状态方程(EOS)、弹性性质和热学性质. 计算得到的YbB6晶体晶格常数、体弹模量、弹性常数和实验符合得很好. 状态方程的研究结果显示, 压强和温度对YbB6晶体体积的影响都非常显著, 在高温和低压下, 压强对YbB6晶体体积的影响比在低温和低压大. 在讨论的压强和温度范围内, 压强对YbB6晶体的体弹模量的影响要比温度的影响大. 弹性常数及与弹性相关量的计算结果显示, 在零温零压下, YbB6晶体结构是稳定的, 具有延展性, 是中心力场固体. 计算的定压、定体热容及热膨胀系数的结果表明, 压强对YbB6晶体的热容和热膨胀系数的影响比温度的影响小.     

Cr掺杂影响γ-TiAl金属间化合物力学性能的第一性原理计算

将合金化元素Cr掺入γ-TiAl体系中,研究其对γ-TiAl力学性能的影响.采用PBE构建模型,优化结构;通过CASTEP模块计算γ-TiAl各模型的晶格常数和弹性常数;采用位置选择能方法判断Cr的优先占位.实验结果表明：掺杂元素Cr倾向于占据模型中Al的位置,掺杂后γ-TiAl的硬度增大,延展性有所提高.     

CuAlSe2在高压下结构、弹性、热学性质的第一性原理计算

本文中我们运用第一性原理平面赝势密度泛函理论,研究了四方晶体CuAlSe2的结构、弹性性质以及热力学性质。首先通过状态方程拟合找到零温零压时的平衡体积、晶格常数、体弹模量B0以及其对压强的一阶导数 。接着分析了相对晶格常数a/a0 、c/c0以及相对体积V/ V0随压强的变化趋势。我们也研究了弹性常数随压强增大的变化趋势,C11、C33、C12、C13随着压强的增大而增大,C44和C66确随着压强的增加保持一个平稳的值基本不变。计算也表明在15GPa以前CuAlSe2的弹性常数都满足力学稳定性,表明在15GPa以前都不发生相变,与实验结果相吻合。在零温零压下我们计算得到的弹性常数和体弹模量和其它理论值实验值都比较符合。然后根据准谐德拜模型,我们分析了热膨胀系数以及比热容随压强和温度的变化关系。最后我们分析了CuAlSe2晶体在零温零压和高压下的态密度图,简单了解了一下电子结构的变化情况。     

IrN的结构相变和弹性性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了IrN的结构相变和弹性性质,分别对IrN的岩盐(B1)、氯化铯(B2)、闪锌矿(B3)、纤锌矿(B4)、NiAs(B8)和tungsten carbide(Bh)这6种结构进行了分析,并根据理论计算得到的焓与压强的关系,发现了IrN的相序是B3→B4→B8→B2,相变压强分别发生在1.98 GPa,97.90 GPa和296.64 GPa.通过对B4结构在高压下的弹性特性进行研究,发现其弹性常数、体弹模量、剪切模量、纵波波速、剪切波速以及德拜温度均随压强的增加而单调增大,且依据B/G分析,预测了B4结构能在高压下保持一定的韧性特性.     

六方HfB_2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB_2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方HfB_2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方HfB_2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB_2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方HfB_2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。     

TM-Zn金属间化合物结构稳定性的第一性原理研究

基于能带结构,提出Jahn-Teller效应的诱发条件.基于声子色散曲线,揭示晶格动态稳定性和简并振动模式产生劈裂的物理特征.基于电子局域化函数和束缚能,揭示原子成键特性.结果表明,TM-Zn(TM=Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)金属间化合物发生立方到四方的相变变形过程中,结构保持稳定.     

高压下TiAl金属间化合物的结构和弹性性质

利用从头算平面波赝势密度泛函理论方法研究了高压下L10-TiAl金属间化合物的结构和弹性性质.研究发现当压力在0～20 GPa范围内时,c/a的值基本上保持一常数1.02,与实验结果吻合.当压力在20～45 GPa范围内时,c/a的值随压力的增加从1.02线性减小到0.99.这表明在低压下沿c轴和沿a轴的压缩性是一样的,但是高压下沿c轴比沿a轴更容易压缩.计算了从0到20 GPa压力下L10-TiAl的弹性常数.同时我们还计算了剪切各向异性比率A和Voigt剪切模量,与实验结果和别人的计算结果相吻合.     

MoS2光学性质的第一性原理计算

为研究不同层数MoS2的光学性质以及缺陷对单层MoS2光学性质的影响,利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算1～3层MoS2的能带结构、拉曼光谱和光学性质以及具有空位缺陷的单层MoS2的拉曼光谱和光学性质.研究结果表明:单层MoS2为直接带隙半导体,而2～3层MoS2为间接带隙半导体.对于1～3层MoS2的拉曼光谱,随...     

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．     

镧系氮化物弹性性质与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函的第一性原理方法, 计算镧系氮化物的弹性性质、 光学性质和Debye[KG*8]温度. 计算结果表明： 轻镧系元素（Ln=La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu）氮化物(除LaN外)的体弹模量B与剪切模量G的比值均大于1.75; 重镧系金属元素（Ln=Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu）氮化物(除GdN外)的B/G均小于1.75; HoN晶体具有较高的介电常数和光学反射率; LaN晶体具有较高的折射率; 镧系氮化物的Debye温度为300~500 K, 即声子振动频率的数量级为10¹³ s^-1.