Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金结构与力学性质的第一性原理研究

运用以密度泛函理论为基础的投影缀加波方法,研究Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金不同相结构的总能、磁性和力学性质.结果表明,Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金的体心立方相(bcc相)的铁磁态能量最低,应为体系的基态.铁磁性的面心立方相(fcc相)具有高自旋和低自旋的特性,而反铁磁性的fcc相具有更低的能量,相对铁磁态更为稳定.弹性常数的计算表明,铁磁性fcc相的HS态和铁磁Fe_(14)Ni_2fcc相LS态在力学上不稳定,其他相均在力学上稳定.     

磁形状记忆合金Mn_2NiGa的第一性原理计算

Mn_2NiGa磁形状记忆合金立方奥氏体相因在室温下具有可逆马氏体相变,同时居里温度高达588 K,在高温下具有优异的磁热效应,因而在相应的学术领域和应用领域中具有重要的研究价值。掌握Mn_2NiGa磁形状记忆合金的原子占位、结构相变、磁性质和弹性常数是实现Mn_2NiGa合金磁形状记忆性能优化的关键。采用目前国际上较为先进的第一性原理精确Muffin-Tin轨道方法,系统计算研究了0 K下Mn_2NiGa合金立方奥氏体相与四方马氏体相的晶格结构参数、磁矩、弹性常数、电子结构及总能。研究结果表明,Mn_2NiGa合金立方奥氏体相具有Hg_2CuTi型晶格结构,而非传统Ni_2MnGa的L2_1结构;Mn原子是合金总磁矩的主要提供者,且2种Mn原子磁矩呈反平行排列;奥氏体相的剪切模量(C′=(C_(11)-C_(12))/2)小于0,因而低温下立方结构不稳定,可以发生由立方相到四方相的马氏体相变;根据Jahn-Teller效应,低温下四方相相对于立方相的稳定性,主要源于2种Mn和Ni原子分别与Ga原子的共价结合作用。上述理论结果有望为Mn_2NiGa合金性能的进一步优化提供理论指导。     

关于ErH2弹性性质及热力学性质的第一性原理研究

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论并结合准谐德拜模型计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的弹性性质及热力学性质,在高温条件下,计算出的等体热容CV趋近于DulongPetit极限.得到了绝对零度,零压强下立方萤石结构ErH2的晶格常数为0.5232 nm,与实验值0.5230 nm非常接近;同时,还由不同的原胞体积计算出了该体系的E-V数据;从计算出的高压下的弹性常数,根据立方晶系的力学稳定性条件,推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa,为高压条件下,关于ErH2结构的进一步实     

压力对TiN结构和弹性影响的第一性原理计算

通过第一性原理计算了TiN立方NaCl和六方纤锌矿相的结构性质;通过能量体积曲线预测了TiN由立方NaCl结构到六方纤锌矿结构的相转变压;结合有效的应力应变方法计算得到了单晶格的弹性常数,所有计算结果与现有的实验结果符合较好.     

钇在高压下的弹性性质和相稳定性研究

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对钇的3种结构相(体心立方bcc、面心立方fcc和六角密排堆积hcp)的总能和电子结构进行计算,得到了hcp结构的状态方程、价电子分布情况以及各种相在不同压力下的弹性常数和体模量,结果表明理论计算与实验值吻合得很好,比用局域密度近似(LDA)方法有了很大的改善.此外,还发现hcp相在加压到40GPa时发生相变,fcc是稳定的相.     

温度和气氛对锰稳定氧化锆立方相稳定性的影响

研究了采用传统的固相反应法制备具有单一立方相结构的锰稳定氧化锆陶瓷,并对影响锰稳定立方氧化锆稳定性的温度和气氛进行了分析.结果表明:当锰的掺杂量(原子分数)为20%时,氧化锆为单一立方相结构.对于具有立方相结构的氧化锆固溶体的相稳定研究发现,在1 000℃以上的高氧分压条件下,立方相易发生向单斜相相变;在1 000℃低氧分压的条件下,立方相结构相对稳定;在温度低于800℃条件下,无论氧分压的高低,立方相均能稳定存在,只是在高分压氧下伴随立方相晶格常数的减小及Mn元素价态的变化.     

立方相MgSc合金力学性质的计算研究

采用严格糕模轨道方法结合相干势近似计算,研究Mg_1-xSc_x（0.101-xSc_x（0.100,即此相在力学上是稳定的。γ相的弹性系数和体模量小于β相,但呈现的韧性优于β相。电子结构计算表明,基于正则能带理论的力定理不能解释γ相和β相单晶弹性常数的大小关系,而Sc合金化和电荷转移引入的马德隆相互作用对合金相稳定性和力学性质起关键作用。     

面心立方结构Fe0.1Co0.9/Al2O3纳米复合材料结构和磁性研究

采用溶胶—凝胶法及在氢气中还原的工艺得到面心立方结构的Fe0.1Co0.9/Al2O3纳米复合粉末,利用X射线衍射、透射电子显微镜、振动样品磁强计对样品微观结构和磁性进行了研究.结果表明FeCo合金以面心立方结构存在于纳米复合材料中.由于Co的掺入,FeCo合金的晶粒尺寸下降而晶格常数增大.另外,由于磁矩和晶粒尺寸的变化导致FeCo合金的饱和磁化强度下降而矫顽力增加.     

单晶铪相变及力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别研究了高压下Hf的结构相变、电子结构和弹性性质。分析表明,Hf的六角密排α相在常温常压下比较稳定,但是随着压强增至18.77GPa,α相会相变为另外一种六角结构ω相,当压强增大至67.23GPa时,ω相又相变为体心立方β相。电子结构计算表明三种结构都呈现金属性,且5d轨道电子对其导电性能起主导作用。此外,研究还发现Hf在ω结构下,费米能级处的态密度随着压强的增加而增大。α-Hf的弹性常数、弹性模量、弹性波速等力学性能随着压强的增加有很明显的强化效应。     

Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.     

具有丝织构TiN薄膜弹性常数的计算

在利用X射线衍射法测定薄膜残余应力时,因弹性呈现各向异性常发生d-sin2ψ测试曲线的非线性振荡,无法得到准确的应力值.利用Voigt,Reuss和Kroner模型计算了具有丝织构的TiN薄膜的弹性矩阵和X射线弹性常数.计算结果表明当材料具有较强的丝织构时,材料弹性矩阵的对称关系从立方对称转变为六方对称关系,与各向同性同种材料的弹性矩阵相差大,相同分量的值一般相差在13～20 GPa之间;而X射线弹性常数的计算结果差异更大,最大相对误差可达17%.     

氧化钙高压弹性常数的理论计算

用平面波赝势密度泛函方法和准谐德拜模型,计算了面心立方结构氧化钙的弹性性质,得到的平衡晶格参数与实验值和其他理论值符合得较好. 还得到了0～170 GPa压力范围的弹性常数, 弹性模量及弹性各向异性参量, 与Tsuchiya和Kawamura的理论值相符.     

高压下Ge的结构转变及弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算在压力作用下Ge的结构转变、能带结构、电子态密度和弹性性质.结果表明:在9.0GPa压力点,Ge发生了从立方金刚石结构(Ge-Ⅰ)到β-Sn结构(Ge-Ⅱ)的一级结构相变;材料的导电性能由半导体转变为导体;Ge-Ⅰ的弹性常数随压力线性增加。     

γ'-(Ni1-xCox)3Al1-yTiy合金的力学性能的第一原理研究

通过密度泛函理论计算,研究了γ′-(Ni1-xCox)3Al1-yTiy(0x1,0.05y0.25)合金体系。合金体系的组分无序性采用相干势近似处理。分析合金在任意化学配比下Ti(5-25at.%),Co(0-100at.%)元素对合金力学性能、磁性以及相稳定性的影响。结果表明:随着Ti含量增加,晶格膨胀,弹性常数增大,形成焓降低,使L12结构更加稳定。Al位的Ti组分增加可以提高剪切模量和杨氏模量,Co组分增多会降低二者的数值。计算结果表明Co元素增强合金延展性,Ti元素增强L12相的稳定性。     

(La1-xNdx)2Mg(Ni0.8Co0.15Mn0.05)9(x=0～0.3)合金的储氢与电化学性能研究

采用高频悬浮感应熔炼方法制备(La1-xNdx)2Mg(Ni0.8Co0.15Mn0.05)9(x=0～0.3)系列合金,分析Nd部分取代La对合金的相结构、吸放氢性能和电化学性能的影响.结果表明,铸态合金的主相为具有六方CaCu5结构的LaNi5相,并存在具有立方MgCu2结构的LaNi2相以及LaMg3相.合金主相...     

压力下HfCr2合金的电子结构和弹性性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对实验上发现的HfCr_2合金立方和六角相在0～20GPa范围内的稳定性、电子结构和弹性等进行了研究.计算结果表明,在研究的压力范围内2种结构在力学上都是稳定的,但从能量上看,立方相结构能量更低,从而六角相以亚稳态存在,这与实验结果相符.随压力增加,HfCr_2合金的体模量B、剪切模量G和杨氏模量E的值均增加,但剪切模量值始终最小,表明合金抗剪切能力较差.对合金的弹性各向异性研究发现,在研究压力范围内2结构都展示出较强的各向同性,但随压力增加,立方相各向同性增强,而六角相则减弱.对各向异性的进一步研究表明,立方相和六角相的体模量总体上呈现出较强的各向同性,而杨氏模量则呈现一定的各向异性.对HfCr_2合金泊松比和G/B值的研究表明,2个相在0 GPa下均表现出延展性,且随压力增加延展性增强.最后,研究HfCr_2合金的应力-应变关系,结果表明对于立方相结构,理想的拉伸强度和剪切强度分别发生在[1 0 0]方向和(1 1 1)■方向,而对于六角相结构,则分别发生在[0 0 0 1]方向和■方向.     

Li3N与Na3P的物理性质的对比研究

Li₃N可作为Li~+电池的固态电解质，Na₃P可作为Na~+电池的负极材料，特别是Li/Na以及N/P分别为同一族的元素，Li₃N和Na₃P的物理性质有很多典型的相同点和不同点，故对比两个材料的物理性质有助于推动Li~+/Na~+电池的研究.采用第一性原理研究了这两种材料的稳定结构、声子谱、弹性常数、电子结构、离子扩散势垒以及缺陷形成能等.计算表明：立方相的c-Li₃N最稳定，而六角相的β-Na₃P能量最低.结合c-(立方相),α-(六角相)和β-(六角相)的Li₃N与Na₃P的声子谱，确定c-Li₃N和c-Na₃P最稳定.弹性常数的计算表明所计算的6种结构都是有机械稳定性的.结果还表明，c-Li₃N和c-Na₃P都是间接带隙的半导体.电荷密度的计算体现了两种材料中不同的键合特点.Li~+/Na~+迁移势垒的计算给出了Li<...     

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.     

HfO_2多型体的弹性、慢度和热导率及其各向异性研究

本文运用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势和模守赝势研究了四种晶相Hf O2的弹性、慢度和热导率及其各向异性,通过计算得到四种结构的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比.根据泊松比和Pugh模量比分析了四种材料的键合属性;根据弹性各向异性分数比AB,AG和AE以及剪切各向异性因子A1,A2和A3的计算值,说明四种晶相Hf O2是弹性各向异性的;又通过弹性模量的三维立体图形展示了四种晶相Hf O2的弹性各向异性.计算得到的声学波速以及不同晶向上的最小热导率,显示了四种晶相Hf O2声学波速和热导率的大小及其各向异性,并绘出慢度在XY,YZ和ZX平面上的图形.     

压力下钒发生相变的第一性原理计算

利用投影缀加波方法对金属钒加压至400 GPa左右的结构相变过程进行了第一性原理研究. 计算了相变中的热力学转变压力和失稳转变压力, 并对相变前后的电子性质进行了研究. 结果表明: 钒在低压下为体心立方结构, 随着压力增大转变为菱方结构, 压力继续增大最后又重新转变为体心立方结构. 热力学计算得到的BCC→rhu(α>109.47°)→rhl(α<109.47°)→BCC三次转变压力分别为27,104和310 GPa. 利用剪切弹性常数C44计算得到的2次失稳压力分别为52和255 GPa. 能带计算表明, 在加压过程中高对称点Γ处靠近费米能级的能带由低压下的非电子占据态变为高压下的占据态, 而费米能级以上的电子态密度计算可见明显的s,p-d带间电子迁移现象.