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。     

第一性原理计算Mg_n（n≤11）团簇的基态结构及稳定性

本文应用第一性原理平面波模守恒赝势方法研究了中性Mgn和一价阴离子Mgn（n=2～11）团簇的几何结构,稳定性和电子性质。结合能计算表明,中性Mgn团簇尺寸依赖的稳定性与电子壳层闭合和几何结构＂闭合＂密切相关。     

应用第一性原理计算Mg_n（n≤11）团簇的基态结构及稳定性

应用第一性原理平面波模守恒赝势方法研究了中性Mgn和一价阴离子Mgn-(n=2～11)团簇的几何结构、稳定性和电子性质。结合能计算表明,中性团簇尺寸依赖的稳定性与电子壳层闭合和几何结构"闭合"密切相关,对中性团簇,增加一个成键电子会使团簇的稳定性增强。     

CdS团簇的第一性原理研究

本文探究了（CdS）。团簇的基态结构、结合能及能隙随尺寸的变化关系,指出n=6,12是（cds）。团簇的幻数,原因在于该团簇具有较高的结合能和能隙。另一方面,通过对其基态结构的分析发现n=6,12时该团簇有较高的对称性,形成一个稳定的笼型结构,有利于稳定性的加强。基于密度泛函理论的第一性原理为我们提供微观世界的信息开辟了有效的途径。     

基于第一原理计算拟合Ag、Si和C原子间作用势的研究

为了实现Ag在SiC晶体中扩散的分子动力学模拟,根据第一性原理计算结果,采用力匹配方法对Ag、Si和C原子间相互作用势进行拟合,并用晶格常数、内聚能、体弹性模量、弹性常数和缺陷形成能等进行了势函数的验证.结果表明,拟合所得的势对Si、C和SiC晶体的内聚能、晶格常数和体弹性模量的计算非常准确,最大误差不超过0.6%;并且,该势对Si和C晶体中空位与间隙形成能及SiC晶体中Si与C空位形成能的计算值比采用J.Tersoff给出的势的计算值更精确;此外,该势对16种AgSiC三原子体系缺陷形成能的计算也比较精确.     

控制热解气氛制备近化学计量SiC纤维的研究

通过分阶段不同气氛(先H2,后Ar)、全过程H2/Ar混合气氛控制制备了近化学计量SiC纤维.实验结果表明:分阶段不同气氛下,纤维的C/Si原子比随气氛转换温度Th的升高而降低,Th在800℃左右时,可得到近化学计量SiC纤维;混合气氛下,纤维的C/Si原子比随氢气浓度的提高而降低,氢气浓度为60%(体积比)左右时,可得到近化学计量SiC纤维.两种气氛条件下截面上C/Si原子比的分布为芯部高,表面低,并随Th升高或者氢气浓度增大而逐渐趋向一致.氢气裂解产生氢自由基(hyd)与聚碳硅烷(PCS)裂解产生甲基自由基(CH3·)发生反应,生成CH4逸出,降低纤维碳含量.     

Nbn(n=2-15)小团簇的第一性原理研究

【目的】研究纳米尺寸Nbn小团簇的结构演变过程,为进一步讨论Nbn小团簇的催化氧化性质提供参考。【方法】采用基于密度泛函理论(包括PW91和BLYP函数)的第一性原理计算方法对Nbn(n=2-15)小团簇的几何结构进行优化计算。【结果】随着原子数n的增加,Nbn(n=2-15)小团簇的结构及其特性具有明显的变化,平均每原子结合能(Binding Energy)随着原子数的增加呈递减趋势。【结论】Nbn(n=2-15)小团簇随尺寸变化具有明显的奇偶震荡性,n为偶数时比n为奇数时的结构稳定,其中Nb4、Nb6、Nb8、Nb10、Nb12小团簇结构较为稳定。     

Si/Na杂质对Al晶界影响的第一性原理研究

根据密度泛函理论,用第一性原理的赝势方法计算了对Al∑9倾侧晶界掺杂Si和Na前后的原子及电子结构,进而研究杂质Si,Na偏聚对Al晶界的影响.计算结果表明,掺杂Si后,Si-Al之间形成了较强的具有共价-金属混合性质的化学键,从而阻止了应力作用下的原子重组,可归于"bond mobility model";而Na杂质的引入,使Al晶界处原子间距变大,电荷密度明显减小,属于"decohesion model".     

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.     

硅钢中Si原子对C原子扩散过程影响的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论的第一性原理计算法探究硅钢内部C原子的扩散特性。首先,建立2×2×2的硅钢晶胞;其次,由过渡态搜索(CI-NEB)方法确定C原子在硅钢晶胞中的扩散方式,即C原子通过在第一邻近(Ⅰ)八面体间隙位置之间连续跳跃完成自身扩散;最后,通过设置不同C原子的扩散路径,计算得出C原子扩散激活能及扩散系数。研究结果表明：在硅钢中C原子的占位为八面体间隙位置,硅钢中的硅元素可以减小C原子的扩散激活能,增大C原子扩散系数,使得C原子在铁基合金中更容易发生扩散。综上可知,运用第一性原理探究合金中原子相互作用及扩散特性是准确且可行的。     

基于DFT+U的方法:二氧化铀中点缺陷稳定性研究

由于二氧化铀中铀原子5f电子的强关联效应,传统的第一性原理密度泛函的方法无法正确的预测出二氧化铀的性质.因此我们采用基于密度泛函理论加Hubbard U项的方法对二氧化铀中的点缺陷进行了计算.在非化学计量比的二氧化铀UO2±x结构中,对不同超原胞的氧间隙原子、氧空位以及铀空位的形成能进行了详细的数值计算,进而研究了缺陷结构的体积和总能的变化规律.在氧缺陷的计算中,发现除氧二聚体的情况除外,随着非化学计量参数x的增加,整个系统的体积呈线性减少的变化;而对于铀空位的计算中,缺陷结构的体积呈现单调非线性的缩小变化.     

基于第一性原理对U3O8 的磁性和动力学性质的研究

基于第一性原理的密度泛函理论, 分别用(GGA) 和GGA+U方法对U₃O₈ 的磁性和动力学性质做了一定的研究,此外,在研究磁性的过程中,GGA+ U+ SO方法也被考虑其中. 优化得到的不同磁性态下的晶格参数和能量均与实验值吻合的非常好. 用铁磁和反铁磁下的能量差, E = E_AFM- E_FM, 作为磁性判断的一个标准, 计算发现U₃O₈的顺磁态为其基态. 对于动力学性质的研究, 不同于以往研究所采用的D_3d³点群, 本文采用C_2v晶体点群, 对U₃O₈的光谱属性重新进行归属和更正, 得到了与实验值基本一致的结果.     

Ti/Si杂质对Al晶界影响的研究

根据局域密度泛函理论,用第一性原理的赝势方法计算了AlΣ9倾侧晶界掺杂Ti和Si元素前后的原子及电子结构,进而研究杂质偏析对Al晶界的影响.计算结果表明,两种情形均形成了较强的具有共价-金属混合性质的化学键,从而阻止了应力作用下的原子重组,所以均可归于"bond mobility model".     

Cr在α-Fe(C)中对C扩散影响的第一性原理研究

为了研究Cr原子加入α-Fe(C)中对C原子扩散的影响,基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理方法,采用广义梯度近似(GGA)下的PBE泛函形式和攀升图像微扰弹性带(CI-NEB)方法,首先分析Cr原子和C原子在α-Fe中的占位;其次,通过体系的分波态密度图和bader电荷布局分析α-Fe(C)-Cr体系的电子结构;最后...     

C/SiC复合材料碳纤维束就位模量的研究

基于有限元计算细观力学方法(finite element computational micromechanics,FECM),通过对C/SiC复合材料的C纤维束截面的实测,建立了六边形排列的代表特征体元(representative volume element, RVE)三维有限元模型。通过采用具有环向裂纹以及平行裂纹的两种C纤维束RVE有限元模型进行计算和分析,得出C纤维束的就位模量的决定因素包括初始的基体裂纹以及C纤维的就位性能。通过引入裂纹影响的折减系数λ_crack,以及C纤维就位性能的折减系数λ_in,得到了C纤维束的5个就位模量,其中轴向就位模量与试验值十分接近,而其余4个就位模量还有待试验值的检验。     

编织结构三维仿真及其对C/SiC复合材料性能的影响

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三维四向编织结构C/SiC复合材料的x向弯曲强度达到399.2 MPa,层间剪切强度达到38.1 MPa,断裂韧性达到16.0 MPa.m1/2,各项力学性能均高于2.5D编织结构的C/SiC复合材料的力学性能。     

基于第一性原理计算CuxNi19-x（x<19）混合团簇的结构研究

采用基于第一性原理计算的Chen-Mbius三维晶格反演基础上获得的原子间相互作用势参数,运用最陡下降法和共轭梯度法结合起来的最优化计算Smart方法得到了CuxNi19-x(x<19)二元过渡金属混合团簇的稳态构型,发现Cu-Ni混合团簇中有明显Cu元素偏析现象,即Cu和Ni并没有互相混合形成有序结构,而是分别聚集在一起,所形成的体系对称性很低,呈割据状态。     

马氏体钢中铬原子对空位-氦团簇作用的第一性原理研究

利用第一性原理计算方法研究了Cr原子对纯Fe和Fe9Cr合金中空位-氦(VacHe_n)团簇类型缺陷的影响.研究发现小的He_n团簇也会引起强烈的晶格畸变,尤其是He_n团簇周围的自间隙Fe原子倾向于产生自发射现象,即：Fe原子仍然倾向于从He_n团簇附近转移到无穷远,但当n>2时Fe9Cr的空位形成能低于纯Fe,这表明Cr原子可以在一定程度上提高Fe原子在He_n团簇周围的稳定性.另外,VacHe_n在纯Fe中比在Fe9Cr合金中更稳定,并且Fe9Cr合金中的空位团簇对He原子的俘获能的明显小于纯Fe中的俘获能,这表明溶解Cr原子的斥力会削弱He原子的聚集.研究结果有助于阐释He泡马氏体钢的生长机理及其对其稳定性和机械性能的影响.     

第一性原理研究MoS2的电子结构及光学性质

为了系统深入地研究MoS_2的电子能带结构和光电性质,基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算和分析了材料MoS_2的电子结构及其光学性质,给出了MoS_2的能带结构、光吸收谱、电子态密度、能量损失谱、反射谱、介电函数谱等光学性质。计算结果表明:体材料MoS_2的电子跃迁形式是非垂直跃迁,具有间接带隙的半导体材料,带隙宽为1.126 eV;价带和导带的形成是由Mo和S的价电子起作用产生的。通过分析其光学性质,发现MoS_2的介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区,当光子能量的升高,介电函数值会缓慢降低;材料MoS_2对可见紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为3.17×105cm~(-1);MoS_2在能量为18.33eV位置出现了共振现象,其它区域内能量的损失值都趋于为0,说明电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用,尤其是在紫外探测器应用方面有着潜在的应用前景,为未来对MoS_2材料的进一步研究提供理论参考。