Mo2BC力学和电子性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软贋势方法,对正交结构Mo2BC的力学和电子性质进行了系统的研究.计算结果表明,正交结构的Mo2BC在零压下是稳定的,优化得到的平衡结构参数与实验值符合得很好.Mo2BC的块体模量为308 GPa、剪切模量为187 GPa、弹性模量为471 GPa、泊松比为0.245,德拜温度是80 K.电子结构的分析表明,Mo2BC的化学键是共价键和离子键混合,表现出一定的金属性.     

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.     

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.     

压强下TaB2力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,在广义梯度近似下运用纯理论计算方法得到TaB2的晶格常数、弹性模量、切变模量和泊松比等力学参数,研究了TaB2在不同压强下的弹性常数、体弹模量和态密度.结果表明:随着压强的增加,TaB2的弹性常数和体弹模量随之增加,而相对晶格常数和相对体积则随着压强的增加而减小;在一定压强下,TaB2沿着c轴方向的压缩性要比a轴方向的大.依据Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论,TaB2在其费米能级处的态密度值随着压强的增加而降低,说明它的超导转变温度Tc随着压强的增加而降低.     

Fe_3X(X=Al,Si,Ga)合金力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的EMTO方法,研究了Fe3X(X=Al,Si,Ga)合金的力学性质.得到Fe3X合金处于无序的A2相结构、有序的DO3相结构以及L12相结构时的弹性常数,并分析了原子占位有序性与磁有序性的关联.研究结果表明:对于Fe3Al合金,铁磁L12相为非稳定相,DO3相和A2相的动力学稳定性(C′)依赖合金的磁有序性;非磁A2相不稳定,说明铁磁性使得无序相稳定;非磁的DO3相是稳定的,而且其C′比铁磁相略大,这一性质与Fe3Ga合金相似.对于Fe3Si合金,铁磁DO3相是稳定的,具有较大的C′,但非磁相的C′是负值,说明铁磁性才能保证该相的稳定性.因此,Fe3X合金的动力学稳定性与磁有序性和原子占位有序性高度相关.     

三元硼化物TaNbB2的结构、力学性质及电子结构研究

目的 研究三元过渡金属硼化物TaNbB₂的结构、力学性质及电子结构。方法 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理和粒子群优化算法(CALYPSO)晶体预测技术。结果 预测了三元过渡金属硼化物TaNbB₂在0 K,0 GPa下的基态相为一空间群为Amm2(No.38)的正交结构。通过形成焓、声子谱的计算以及基于弹性常数的力学稳定判据证明其能够稳定存在于常温常压。同时也系统研究了TaNbB₂的弹性性质、弹性各向异性和电子结构。结论 证明了Amm2-TaNbB₂是一种硬度、力学各向异性优异的晶体材料,并从原子尺度获得了其微观结构和宏观力学性质之间的关系,为工程应用、实验合成以及理论研究提供帮助。     

高压下ZrB_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ZrB2的基本参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数,同时通过准谐德拜模型研究了ZrB2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,发现热容随着压强增加而减小,德拜温度随压强增加而增加.     

TiB2热力学性质的第一性原理研究

利用第一性原理方法并结合准德拜模型计算了六方结构TiB2在高温高压下的热力学性质,包括常压下晶格常数、体弹模量B0、热容Cp和熵S随温度的变化以及不同压强下热容Cp、熵S、体膨胀系数α、德拜温度Θ和热容Cv与温度的关系.常压下计算的热容Cp和熵S随温度的变化与实验数据符合很好.     

高压下NaI弹性常数与声速的第一性原理计算

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论计算了碘化B1B33结构的弹性性质,计算了给定压强下能量最低构型然后利用胡克定律计算了弹性常数和体模量B. 第一性原理方法较其它方法的计算结果能与实验更好的吻合,并且利用该方法首次在不同压强下计算了碘化钠B1和B33结构的几个主要传播方向上的声速.     

高压下BCC金属钨和钼力学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了体心立方金属钨和钼的体积、弹性常数、弹性模量、声子色散曲线以及广义层错能在0~100GPa压强下随压强的变化关系,并讨论了高压下两种材料的力学结构稳定性以及高压对材料韧脆性和剪切形变难易程度的影响.首先,通过0~100GPa压强下的弹性常数发现,两种材料在不同压强下的弹性常数皆满足材料力学稳定性的判定条件,而且两种材料在100GPa下的声子色散曲线中并没有出现虚频,因此两种材料的结构在0~100GPa压强下都是力学稳定的.此外,通过研究不同压强下体模量与剪切模量的比值B/G发现,两种材料的韧性随压强的增加而增强,并且Mo的韧性强于W.最后,通过研究两种材料的广义层错能、沿111密排方向的剪切模量G111以及材料的各向异性比A发现,随着压强增加,广义层错能和G111逐渐增大,A整体趋于1,这说明高压会使得111密排方向的剪切形变变得困难,而且同时也削弱了材料的各向异性.     

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.     

第一性原理研究高温高压下TiB2的物理性质

采用第一原理方法计算TiB_2在高温高压下的物理性质.对结构参数、弹性常数、体积模量、能带结构、声子色散、热力学性质等进行了密度泛函理论计算.计算结果与其他实验和理论计算值吻合较好.通过对E-V曲线、声子色散曲线和态密度(DOS)的分析,证明TiB_2是机械稳定的.用B/G和泊松比的两种方法判断TiB_2为脆性材料.在准谐振德拜模型的基础上,计算分析了德拜温度Θ和热膨胀系数对温度和压强的依赖.并从不同压强下定容比热容随温度变化的曲线图中得出,在T=1300 K以后,c_V无限靠近Dulong-Petit极限.通过分析电子态密度,发现TiB_2具有金属性,并且随着压强的增大费米能级处峰值降低,赝能隙变宽,非局域化加大,共价键作用增强,从而也证明了晶体结构的稳定性.     

氮化钒热力学性质的第一性原理计算

通过投影扩大波方法预测了氮化钒的热力学性质,计算的晶格常数和前人理论实验结果相吻合.通过准谐德拜模型获得了高温高压下相对体积、体弹模量、热力学常数和热熔的变化情况.结果表明,低温低压下,热力学常数随温度迅速增加,在较高的温度和压力下,增长趋于平缓;低温时,热熔与温度的三次方成正比,并且高温时接近于杜隆普蒂常数.     

PbF2电子和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论, 采用赝势平面波方法研究了立方萤石结构PbF2的电子和光学性质. 基态下, 晶格常数a, 体积弹性模量B0与实验值和其他理论计算值一致. 通过其能带的研究, 发现立方萤石结构PbF2是一种直接帯隙绝缘体材料, 禁带宽度为4.41eV. 密立根电荷布居数和重叠集居数显示, 电子从Pb向F转移, 电荷主要集聚在Pb F键方向, 且PbF2是一种共价键与离子键共存的化合物. 为了更进一步的研究PbF2的光学性质, 本文还计算了PbF2的介电性质、吸收系数、复折射率、能量损失谱以及反射率. 结果表明: PbF2的主要吸收光区位于紫外光区, PbF2是一种优良的紫外光学材料.     

Cr含量对Fe3Al合金电子结构及力学性能影响的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cr含量对DO3-Fe3 Al合金电子结构及力学性能的影响.通过计算掺杂前后体系的形成热和结合能明确Cr在超晶胞模型中的占位;通过计算各体系的弹性模量、布居、态密度及差分电荷密度揭示了Cr对Fe3 Al合金力学性能影响的微观机制.结果表明:含量为3.125 at.％时,Cr优先...     

Effects of metal binder on the microstructure and mechanical properties of Al2O3-based micro-nanocomposite ceramic tool material

The Al2O3?(W,Ti)C composites with Ni and Mo additions varying from 0vol% to 12vol% were prepared via hot pressing sintering under 30 MPa. The microstructure was investigated via X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive spectrometry (EDS). Mechanical properties such as flexural strength, fracture toughness, and Vickers hardness were also measured. Results show that the main phases A12O3 and (W,Ti)C were detected by XRD. Compound MoNi also existed in sintered nanocom-posites. The fracture modes of the nanocomposites were both intergranular and transgranular fractures. The plastic deformation of metal particles and crack bridging were the main toughening mechanisms. The maximum flexural strength and fracture toughness were obtained for 9vol% and 12vol% additions of Ni and Mo, respectively. The hardness of the composites reduced gradually with increasing content of metals Ni and Mo.     

二氮化铂高压结构相变，弹性和热力学性质的第一性原理计算

运用密度泛函理论广义梯度近似方法计算了PtN2在莹石结构（C1）,黄铁矿结构（C2）,白铁矿结构（C18）,CoSb2结构,简单六角结构（SH）,简单四角结构（ST）和层状结构（LS）的结构参数,弹性性质,电子结构和热力学性质。计算了平衡态晶格参数,体模量 和它的一阶导数。计算得到人焓表明,最稳定的结构为C2结构,其他的为亚稳态结构。而在我们研究的压强范围内没有发生相变。C2结构的态密度表明它是一种具有1.5eV带隙的半导体。另外,我们还预测了杨氏模量,泊松比和各向异性因子。弹性常数,体模量,切变模量,横向声速和剪切声速随着压强的增大而单调增大。德拜温度,热膨胀系数和热容随压强增大而增大。