点缺陷对B2-NiAl力学与热学性能影响的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,计算了反位缺陷与空位对B2-NiAl力学与热学性能的影响.采用杨氏模量、剪切模量、弹性常数、Cahchy压力、泊松比、Debye温度、比热、热膨胀系数等参数评判反位缺陷与空位对B2-NiAl合金的延性、硬度及热学性能的影响.结果表明:NiAl,VNi均能提高B2-NiAl晶体的硬度而降低其本征延性,AlNi与VAl对晶体力学性能的影响可以忽略不计.点缺陷对晶体比热的影响均集中在Debye温度以下,在此温度范围内,4种点缺陷均能降低晶体的比热,降幅从高到低依次为VNi>NiAl>AlNi>VAl.而当温度高于1000K时,4种点缺陷对晶体比热的影响基本消失而使比热趋于同一数值25J/mol·K.当温度高于600K时,对晶体相对热膨胀系数影响较明显的点缺陷是VAl与NiAl,前者使晶体的相对热膨胀系数提高,而后者使晶体的相对热膨胀系数降低.     

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.     

B2-CuRE物理性质的第一性原理计算

【目的】对17个B2-CuRE的热力学性质、力学性质、电子结构特性以及相关的热物理性质进行研究,为材料的设计和开发提供参考。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理计算B2-CuRE(RE=Sc,Y,La-Lu)的能量、弹性常数以及电子结构特性。【结果】计算获得的晶格常数、形成焓、体积模量以及弹性常数和实验值吻合,高的B/G比表明B2-CuRE具有很好的延性。【结论】电子结构的计算可以阐明B2-CuRE的成键机制。B2-CuRE具有很好的延性。     

高压下c-Zr_3N_4弹性性质和热力学性质的第一性原理研究

利用平面波赝势密度泛函理论方法研究了高压下c-Zr3N4的结构性质和弹性性质,由此获得了c-Zr3N4在高压下的体弹模量、杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性质.高压弹性常数计算结果表明,在小于50 GPa下,c-Zr3N4没有发生相变,是力学稳定的,而且各向异性因子计算表明其具有弹性各向异性.此外,高压下c-Zr3N4的B/G计算结果表明,在此压强范围内,c-Zr3N4具有较好的延展性.最后利用准谐德拜模型研究了c-Zr3N4的热动力学性质,得到了其高压下的热容、德拜温度和热膨胀系数等参数.研究c-Zr3N4在高压下的弹性性质和热动力学性质,对实验研究具有一定的参考价值.     

Th2BC2晶体结构和力学性质的第一性原理研究

目的 确定Th₂BC₂的晶体结构和力学性质。方法 采用基于粒子群优化算法的结构预测方法和基于密度泛函理论的第一性原理计算方法。结果 确定了亚稳态tI10-Th₂BC₂晶体结构,计算其与Th₂BC₂能量上最稳定的oC20-Th₂BC₂相的相变压力为2.6 GPa。研究了oC20-Th₂BC₂和tI10-Th₂BC₂的弹性常数,据此计算了其杨氏模量和剪切模量的各向异性。结论 数值结果表明Th₂BC₂中链状和线状B-C共价键导致其杨氏模量和剪切模量较大的各向异性。     

B32-LiAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B32-LiAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构.通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了B32-LiAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明:B32-LiAl金属间化合物的点缺陷主要是在Li子晶格上出现空位缺陷与在Al子晶格上出现反位缺陷.基于晶体总电子态密度与电荷密度分布等电子结构信息,对上述计算结果进行了初步分析.     

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.     

超硬材料ReB2弹性常数的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算ReB2的基本性质参数,包括晶格常数a和c、内坐标参数u、体弹模量B0、模量对压强的一阶导数B′0以及弹性常数(C11、C12、C13、C33、C44),所得的结果与实验值及其他理论值符合的很好.同时, 我们还研究了相对体积V/V0(其中V0为给定温度和零压下的体积)与压强P和温度T的关系.     

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.     

CeAuGa3的力学性质及磁性的第一性原理计算

本文基于第一性原理计算研究了铈基金属间化合物CeAuGa3的结构性质与力学稳定性,获得了弹性常数、宏观弹性参数（包括体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比）以及声子色散曲线,结果表明I4mm结构不仅力学稳定,且动力学稳定.通过计算铈离子之间的自旋交换相互作用,我们分析了CeAuGa3几种可能的有序自旋态,并发现该材料的基态可能是铁磁结构.位于ab面内的第一近邻和第二近邻的正（铁磁）交换耦合起主导作用,而位于相邻平面的铈离子之间的第三近邻铁磁相互作用则非常微弱.     

机械合金化法制备的Cu/SiC纳米复合材料的组织、热性能和力学性能评估

Nano-sized silicon carbide (SiC: 0wt%, 1wt%, 2wt%, 4wt%, and 8wt%) reinforced copper (Cu) matrix nanocomposites were manufactured, pressed, and sintered at 775 and 875°C in an argon atmosphere. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy were performed to characterize the microstructural evolution. The density, thermal expansion, mechanical, and electrical properties were studied. XRD analyses showed that with increasing SiC content, the microstrain and dislocation density increased, while the crystal size decreased. The coefficient of thermal expansion (CTE) of the nanocomposites was less than that of the Cu matrix. The improvement in the CTE with increasing sintering temperature may be because of densification of the microstructure. Moreover, the mechanical properties of these nanocomposites showed noticeable enhancements with the addition of SiC and sintering temperatures, where the microhardness and apparent strengthening efficiency of nanocomposites containing 8wt% SiC and sintered at 875°C were 958.7 MPa and 1.07 vol%?1, respectively. The electrical conductivity of the sample slightly decreased with additional SiC and increased with sintering temperature. The prepared Cu/SiC nanocomposites possessed good electrical conductivity, high thermal stability, and excellent mechanical properties.     

CaF_2晶体弹性与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对CaF2晶体结构进行了几何优化,得到其晶格参数为0.548 0 nm。在优化结构的基础上计算了零温零压下的弹性常数,得到C11=154.4 GPa、C12=38.2 GPa、C44=29.9 GPa及体弹性模量B0=76.9 Gpa。根据德拜模型近似,由弹性常量计算德拜温度为489.6K,在高温下,热容接近杜隆-珀蒂极限。     

层状半导体MoSe2/WSe2热学性能参数定量分析

利用键弛豫理论与局域键平均近似方法对过渡金属MoSe₂和WSe2的热学参数进行了定量分析,建立了热膨胀系数、晶格常数、热应变分别与温度的函数关系式,揭示了层状半导体材料热学参量的温度效应物理机制,并获得了块体MoSe2和WSe2的德拜温度分别为276,260 K.实验结果表明,热膨胀系数与德拜比热成正比,与原子结合能成反比;温度高于材料的德拜温度的1/3时,晶格常数、热应变与温度呈线性关系.     

CaF2晶体弹性与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对CaF2晶体结构进行了几何优化,得到其晶格参数为0.548 0 nm。在优化结构的基础上计算了零温零压下的弹性常数,得到C11=154.4 GPa、C12=38.2 GPa、C44=29.9 GPa及体弹性模量B0=76.9 Gpa。根据德拜模型近似,由弹性常量计算德拜温度为489.6K,在高温下,热容接近杜隆-珀蒂极限。     

层状半导体MoSe2/WSe2热学性能参数定量分析

利用键弛豫理论与局域键平均近似方法对过渡金属MoSe₂和WSe2的热学参数进行了定量分析,建立了热膨胀系数、晶格常数、热应变分别与温度的函数关系式,揭示了层状半导体材料热学参量的温度效应物理机制,并获得了块体MoSe2和WSe2的德拜温度分别为276,260 K.实验结果表明,热膨胀系数与德拜比热成正比,与原子结合能成反比;温度高于材料的德拜温度的1/3时,晶格常数、热应变与温度呈线性关系.     

R2O-MO-Al2O3-SiO2玻璃的组成与其热膨胀系数的关系

采用传统熔体冷却方法制得R2O-MO-Al2O3-SiO2多元系统玻璃(R为碱金属元素,M为碱土金属元素),玻璃组成(质量分数)为:SiO2,55.0%～65.0%;MgO,0～15.2%;CaO,0～15.2%;SrO,0～15.2%;BaO,0～15.2%;Na2O,0～15.6%;K2O,0～15.6%.通过比较不同组成玻璃的热膨胀系数,讨论该体系玻璃组成与其热膨胀系数之间的关系.研究结果表明:当玻璃中碱金属氧化物的质量分数大于17.8%时,玻璃的热膨胀系数迅速增大;对于具有相同含量的不同碱土金属的玻璃,其热膨胀系数随着碱土金属原子半径的增大而增大;当2种以上不同碱土金属共存时,热膨胀系数呈现明显的混合碱效应;当Li,Na和K 3种碱金属共存时,玻璃的热膨胀系数与组成的关系曲线出现2个极小点,且出现负的混合碱效应.     

机械密封温度场及其热应力的有限元计算

用有限元法分析机械密封稳态温度场,根据假设条件创建有限元模型.利用ANSYS 8.0软件进行温度场计算分析,并用热-结构耦合法计算密封环的热应力.通过应力分析得到其最大值的位置及大小,计算结果表明,这与实际生产中所见热裂失效破坏是相吻合的,为机械密封环的设计及变形分析提供理论依据.