低分子比铝电解质中铝的溶解度和Al2O3浓度分布

为推动我国铝电解工业应用低分子比铝电解质，本文研究了变温条件下低分子比电解质中铝的溶液度和Ａｌ２Ｏ３浓度分布。结果表明：随电解质分子比减小，铝的溶解度显著降低；Ａｌ２Ｏ３浓度不受电解质分子比和高度的影响，均匀分布。应用低分子比电解质的工业铝电解槽，若保持Ａｌ２Ｏ３浓度在１．５￣３％范围内，槽内不会产生沉淀。并且能满足电解的要求。     

大型铝电解槽电解质流场涡结构的数值模拟

针对铝电解槽内熔体旋转流动的特点,提出使用涡量和旋转强度来对其涡结构进行定量解析,并以某300kA槽电解质流场为研究对象,使用CFX12软件平台进行数值模拟。结果表明:极间水平截面和阳极间缝垂直截面的旋转强度最大值分别为1.611和1.961 s 1,其绝对涡量最大值分别为4.002和3.391 s 1;阳极气泡的搅动使阳极周围电解质中成对出现反向对称小涡;而电磁力的不均匀性导致部分阳极底部出现不对称大涡;阳极中缝和间缝相交位置的绝对涡量超过4 s 1,在该位置布置下料点有利于氧化铝的分散。故运用涡分析法能得到更为丰富和精确的流场信息,为槽结构的设计提供理论指导。     

取向硅钢中铜硫化物结构稳定性的赝势平面波法研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法计算研究了取向硅钢中可能存在的两种铜硫化物抑制剂Cu2S和CuS的能量和电子结构,并从形成能和结合能两方面分析了这两种铜硫化物的相结构稳定性.结果表明:Cu2S具有较强的形成能力和更稳定的结构.计算电子态密度(DOS)的结果为:Cu2S和CuS费米能级处的态密度分别为1.65/eV和2.28/eV;Cu2S的赝能隙比CuS更宽些.这些结论也证明了Cu2S具有更稳定的结构.     

低固溶镁-铝和铝-镁合金高压熔点的第一性原理模拟

以往虽然针对镁(Mg)、铝(Al)单质的高压熔化曲线开展了较多研究,但是对于Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔化却鲜有报道。本工作结合固溶无序结构建模的相似原子环境(SAE)方法,以及熔点模拟的固液共存法,实现了低固溶合金高压熔点的第一性原理分子动力学模拟。在此基础上初步研究了2种低固溶Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔点,这2种合金分别是AZ31B和LF6Al。计算发现,高压下LF6Al的熔化温度略低于Al的熔化温度,而AZ31B的熔化温度非常接近Mg的熔化温度。为后续深入研究组分变化对Mg-Al和Al-Mg合金高压熔点的影响规律奠定了基础。     

液态Mg−Si系中混合焓与结构序之间的相关性

采用第一性原理分子动力学研究1773 K下液态Mg?Si系的混合焓与结构序.通过计算转移电荷和差分电子密度,证实Si原子周围的化学环境由Si?Si相互作用所主导,由此决定混合焓在富Mg侧达到最小值.基于偏偶相关函数的HA键对分析结果显示,Si?Si原子对与Mg原子相吸引,且结构序随Si含量的演变可以描述为Si?Si原子...     

镁合金原子尺度计算与模拟研究进展

随着计算机技术的飞速发展,第一性原理计算与分子动力学模拟的方法在材料设计与机理研究中起到至关重要的作用。本文总结了第一性原理计算在镁合金广义层错能、晶格常数、弹性常数、裂纹形成能等方面的应用,综述了分子动力学模拟在镁合金孪晶界演变与迁移、孪晶界与位错及晶界的交互作用、元素偏析对界面的影响、析出相与孪晶界的交互行为等方面的应用。并对第一性原理计算及分子动力学模拟在镁合金研究中的应用现状与目前仍存在的局限性进行了论述,同时展望了镁合金原子尺度计算与模拟研究的发展前景。     

添加剂MgF2,CaF2和LiF对铝电解质物理性质及微观结构的影响

在研究ＭｇＦ２、ＣａＦ２和ＬｉＦ对铝电解质初晶温度、密度、导电率、界面张力、反电动势和熔盐结构影响的基础上，阐明了它们提高电流效率的动因。     

固体电解质用于熔盐电解析氧过程的研究

将氧化物固体电解质制成析氧阳极,研究了在以析氧阳极和碳阴极构成的电解槽中氧化铝熔盐电解过程,测得分解电压约为1.67V,并定性地研究了固体电解质在冰晶石熔盐中的腐蚀问题,实验结果表明,电解条件下固体电解质管内外两表面间的电势差使固体电解质在冰晶石熔盐中存在溶解阻碍,有很好的耐腐蚀性能。     

水静压作用下氧化锆结构稳定性的第一性原理研究

采用第一性原理计算了立方氧化锆(ZrO2)总的自由能、态密度、晶格常数随不同水静压的变化.计算表明单位晶胞总能量和晶格常数随水静压的增大而增大,晶格常数随水静压的增大而减小.在2.0 GPa左右,单位晶胞总能和晶格常数随水静压的变化出现反常.对总态密度和zr与O原子的分态密度分析表明,在低的水静压(0～5 GPa)作用时,Zr与O原子的各轨道的布居数没有发生变化,水静压力的作用主要体现在各轨道之间的分布变化,单位晶胞总能量和晶格常数出现的反常对应于Zr原子p轨道中的态密度分布变化.当水静压超过5 GPa时(5～30 GPa),Zr原子中的s和p轨道占有数减少,d轨道占有数增多.     

钢/铝异种金属激光焊接Fe/Al界面微合金化的第一性原理研究

实现Fe/Al界面结合是保证钢/铝异种金属激光焊接质量的关键。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过构造Fe/Al界面模型,计算了体系的能量与电子结构,讨论了Co、V、Zn、Sn等元素微合金化在Fe/Al界面处的作用。结果表明:Co、V优先置换界面处的Fe原子,而Zn、Sn优先置换的却是Al原子,Fe/Al界面结合主要是Fe-sd与Al-sp轨道之间杂化以及Fe-Al发生的离子键作用。微合金化使Fe/Al界面的断裂功增加,其增强由大到小的顺序为:Co、V、Zn、Sn。电子态密度、电子占据数以及电子密度的计算结果表明:利于Fe/Al界面结合的主要原因是微合金化导致跨界面Fe-Al之间的成键作用增强。对Co而言,主要是Fe-sd、Al-sp、Co-sd之间存在较强共价键和离子键的复合作用;对V而言,主要是V-dp、Fe-d和Al-p之间的轨道杂化作用;而对Zn和Sn而言,则主要是Fe-Al之间发生的离子键作用。     

第一性原理研究不同压力下正交相SrHfO_3的电子结构(英文)

采用第一性原理研究了压力对正交相Sr Hf O3电子结构的影响。正交相Sr Hf O3在零压力时的结构参数与已有的实验值和理论计算值一致。当施加的压力小于20 GPa时,正交相Sr Hf O3的最小间接带隙在Z-Γ之间。当施加的压力大于20 GPa时,正交相Sr Hf O3的最小间接带隙在S-Γ之间。随着压力的增加,正交相Sr Hf O3的态密度向低能量方向移动。电荷密度分析表明,Hf-O之间主要以共价键结合,Sr-O之间主要以离子键结合。随着压力的增加,Hf-O共价键和Sr-O离子键增强,而Sr-Hf O3之间的离子交互作用减弱。     

镁电解质结构的计算机分析

用Monte Carlo法计算机模拟研究了以光卤石及氯化镁为原料的熔融镁电解质结构。计算了熔体中各种离子的径向分布函数、位能分布和离子的配位数。结果表明存在聚合的离子集团。对熔体离子质点的解离作了计算分析。     

PtZr合金高压下结构与性能的第一性原理研究

采用第一性原理的方法针对PtZr合金,计算了在0~80 GPa高压环境下的晶格常数、弹性常数、体模量、剪切模量和电子结构。计算结果发现,PtZr合金的晶格参数,晶胞体积随着压力的增加而线性降低。分析其弹性模量,在高压环境下,PtZr合金的体模量随着压力的增加而线性增大,但剪切模量在0~40 GPa范围内随着压力的增加而增大,当达到40 GPa时出现一个极大值,当压力继续增大时,剪切模量基本趋于稳定。这种弹性模量的变化主要是因为在高压条件下,Pt的5d电子轨道上的电子和Zr的4d电子轨道的电子相互作用增强,形成较强的金属键所致。     

Al4Sr,Mg2Sr和Mg23Sr6相的电子结构与弹性性能的第一原理研究（英文）

采用第一性原理计算Al4Sr,Mg2Sr和Mg23Sr6相的电子结构与弹性性能。合金形成热与结合能的计算结果显示Al4Sr具有最强的合金化形成能力和最高的结构稳定性。通过计算弹性常数、体模量、剪切模量、弹性模量和泊松比,讨论了体系的韧性与塑性行为。结果表明,Al4Sr和Mg2Sr为延性相,Mg23Sr6为脆性相,在3种金属间化合物中,Mg2Sr的塑性最好。     

RhZr相结构稳定性和电子结构性质的第一性原理研究

用第一性原理计算研究RhZr两种晶体结构的结构稳定性和电子结构性质。采用基于第一性原理的平面波赝势法,分别用局域密度近似和广义梯度近似法,对晶体原子的结构进行优化,并分别对正交晶系RhZr和立方晶系RhZr的基态性质,如晶格参数、能态密度、形成能以及形成焓等进行计算。计算结果表明：正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更容易生成,而且生成的正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更稳定。能态密度计算结果表明：立方晶系RhZr比正交晶系RhZr稳定,是因为在立方晶系RhZr中不仅存在Rh？Zr还存在Rh？Rh或者Zr？Zr之间的相互作用键。由态密度分析还可看出,在费米面附近Rh的4d轨道与Zr的4d轨道存在较强的轨道杂化。     

模拟热峰冲击下UO2微观结构的变化

利用分子动力学方法,通过热峰模型模拟了高能辐照下UO2的损伤过程.通过在单次热峰模拟中设定不同入射温度、不同入射半径的热峰,观察到基体中心区域原子获得了能量.在热激活的作用下以压力波的形式向外层快速传递,在原子大量离位的同时也有大量回复在进行.随入射能量的不同,最终形成了非晶态、半非晶、晶态3种微观结构.模拟结果可以较好地重现热峰辐照的物理过程,能够对在实验上无法观测的微小尺度的变化给予直观的描述.     

CdO电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了岩盐、氯化铯以及纤锌矿构型CdO的体相结构、电子结构和能量等属性.利用精确计算的能带结构和态密度,从理论上分析了CdO材料基态属性及其化学和电学特性,理论结果与实验结果相符合,这为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制这一类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

第一性原理研究压力下Ni-Mo二元化合物的力学性能和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对Ni-Mo二元化合物Ni4Mo、Ni3Mo(DOa)、Ni3Mo(DO22)、Ni2Mo力学性能和电子结构的影响。研究表明：0~40GPa压力范围内,随着压力的增大,相对体积V/V0不断减小且趋势减缓;形成热均为负值,且随着压力的增大形成热减小,说明增大压力可提高化合物的合金化能力;体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H的计算结果表明压力可提高四种化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度,另外,B/G和泊松比ν表明所有化合物均为延性和塑性的;进行态密度的分析,阐明增大压力可提高四种化合物的稳定性及硬度。     

磁控溅射薄膜生长的模拟方法

磁控溅射技术制备的薄膜膜层均匀,内部无气孔,密度高,与衬底的附着性良好,薄膜质量高,被广泛应用于科学研究和工业生产中,且适合应用计算机模拟来研究溅射过程和溅射结果,这样既可以检验模拟的准确性,又可以对实验现象的内在意义进行挖掘,为后续实验提供参考信息。在介绍磁控溅射薄膜生长常用模拟方法原理的基础上,详细讨论了第一性原理(First-principles calculations)、分子动力学(Molecular dynamics,MD)和蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)等3种方法的适用条件和模拟结果,从3种方法适合解决的问题、相互之间的区别等方面,对国内外最新的研究进展进行总结与分析。发现3种方法在精确度和计算量上依次递减,在可模拟的时间和空间尺度上依次递增,在模拟对象上,第一性原理方法由于其高度的精确性被广泛应用于对薄膜本身的性质或对粒子间的运动等方面,且模拟结果可以是具体数值,从而对实验进行更加精确的预测和指导,分子动力学方法多用于模拟薄膜生长过程和原子间行为等方面,蒙特卡洛方法相较于前两者,用途更加广泛,可模拟的对象除了薄膜本身,也可以对电磁场等进行模拟。最后,对磁控溅射薄膜生长模拟未来的研究方向进行了展望。