合金元素镍对FCC Fe-Cu析出相结构稳定性的影响

采用基于投影缀加波赝势和广义梯度近似的第一性原理和特殊准随机结构模型计算FCC结构Fe-25Cu、Fe-31.25Cu、Fe-3.125Ni-25Cu和Fe-3.125Ni-31.25Cu无序固溶体的基态性质、弹性常数以及电子结构,其中无序固溶体晶胞结构建立在由特殊准随机结构方法所产生的结构模型基础上。计算结果表明：FCC 结构Fe-Ni-Cu无序固溶体存在无磁性与铁磁性两种状态,其中铁磁性 Fe-Cu 和 Fe-Ni-Cu 无序固溶体的能量相对较低;铁磁性Fe-25Cu和Fe-3.125Ni-25Cu无序固溶体不满足Born弹性稳定性准则,而Fe-31.25Cu和Fe-3.125Ni-31.25Cu无序固溶体满足Born弹性稳定性准则,以亚稳态形式存在,合金元素Ni的加入显著提高了铁磁性FCC结构Fe-31.25Cu无序固溶体的结构稳定性。     

铌、碳在TiAl合金扩散的原理研究

采用第一原理赝势平面波方法研究了碳原子在TiAl(010)表面及有Nb的TiAl(010)表面的扩散机理。通过晶胞最终能量和形成能计算得出,Nb—C复合渗虽然使TiAl(010)面晶胞总能量上升,但却使其形成能下降,即Nb—C共渗后的TiAl合金稳定性提高。电子结构分析发现:渗Nb可使Ti (3d)—Al(3p)键合作用减弱;渗Nb后使费米能低能级处电子成键数目多,稳定性增强,因此从电子层面说明了Nb元素对渗碳具有促进作用。     

First Principles Study on the Electronic Properties of Zn(64)Sb(64-)Te Solid Solution (x = 0, 2, 3, 4)

The electronic properties of Te doped-ZnSb systems are investigated by first-principles calculations. We focus on the Zn(64)Sb(64-) (x)Te(x) systems (x = 0, 2, 3, 4), which respond to the 0, 1.56at%, 2.34at% and 3.12at% of Te doping concentration. We confirm that the amount of Te doping will change the conductivity type of ZnSb. In the cases of x = 2 and 3, we find that the Te element in ZnSb introduces some bands originating from Te s and p orbits and a donor energy level in the bottom of the conduction band, which induce the n-type conductivity of ZnSb. From these findings for the electronic structure and the conductivity mechanism, we predict that Te doping amounts such as 1.56at% and 2.34at% can be considered as suitable candidates for use as donor dopant.     

合金元素在fcc-Fe/NbX(X=C,N)界面的偏析及影响

基于密度泛函理论(DFT)第一性原理方法,研究了Si、Ni、Mn、Cr、Mo在fcc-Fe/NbX (X=C, N)界面的偏析行为,并分析了合金元素偏析对界面体系的影响。结果表明,fcc-Fe/NbN界面结合强度相较于fcc-Fe/NbC界面结合强度略有提升;Si稳定存在于Fe基体中,Ni、Mn在界面有轻微偏析倾向,Cr、Mo在界面和NbX (X=C,N)内均存在偏析,其中,Mo向界面偏析倾向更大;Cr、Mo偏析在fcc-Fe/NbC界面一定程度上降低了界面的结合能力,但体系稳定性有所提升,Cr、Mo偏析在fcc-Fe/NbN界面一定程度上提高了界面的结合能力,但Mo使得体系稳定性下降。     

第一性原理研究合金元素对3C-SiC/Mg界面的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究掺杂单个Al、Zn、Cu、Ni、Li、Zr原子对3C-SiC/Mg体系界面结合的影响,选取代表性的Zn原子和Zr原子进行Mulliken电荷、重叠布居数和态密度计算分析。结果表明,3C-SiC/Mg界面模型最稳定的堆垛结构是将5层的Mg（0001）堆垛在10层的 3C-SiC（111）面上,C封端的中心型模型在6种3C-SiC/Mg模型结构中分离功最大,界面间距最小,界面的润湿性最好;掺杂Zn原子后,3C-SiC/Mg-Zn体系的分离功减小,掺杂的Zn原子与Mg原子成反键,态密度中赝能隙变小使得3C-SiC/Mg-Zn体系的共价键性减弱,不利于3C-SiC/Mg-Zn界面结合; 掺杂Al、Cu、Ni、Li、Zr原子后,体系的分离功增大,Zr原子对界面润湿性的改善效果最好。掺杂Zr原子后,界面层Mg原子与Si原子的反键消失,与C原子在界面处形成Zr-C强共价键,态密度离域性增强,成键能力增强,导致3C-SiC/Mg-Zr体系的分离功增大最多。     

二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性和力学性能的第一性原理研究

通过超晶胞(SC)方法和虚拟晶体近似(VCA)方法的第一性原理计算,研究了金属二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2 的形(0≤x≤1)成能、混合能、晶格常数、体积、弹性常数、熔点、弹性模量、维氏硬度、断裂韧性和态密度。结果表明,二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性随掺杂浓度的增加而降低。Ti1-x(Ta/Nb)xB2的体积随着掺杂浓度的增加而增加,这是因为Ta和Nb的原子半径大于Ti。而Zr1-x(Ta/Nb)xB2的体积逐渐变小,这归因于Ta和Nb的原子半径比Zr小。并且,二硼化物固溶体 (Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2是力学性质稳定的脆性材料。特别地是,Ta和Nb的掺杂剂可明显改善固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的脆性和体积模量以及断裂韧性,但硬度会降低。     

First-principles study of the electronic structures and optical properties of C-F-Be doped wurtzite ZnO

正The electronic structure and optical properties of pure,C-doped,C-F codoped and C-F-Be clusterdoped ZnO with a wurtzite structure were calculated by using the density functional theory with the plane-wave ultrasoft pseudopotentials method.The results indicate that p-type ZnO can be obtained by C incorporation,and the energy level of C_O above the valence band maximum is 0.36 eV.The ionization energy of the complex Zn_(16)O_(14)CF and Zn_(15)BeO_(14)CF can be reduced to 0.23 and 0.21 eV,individually.These results suggest that the defect complex of Zn_(15)BeO_(14)CF is a better candidate for p-type ZnO.To make the optical properties clear,we investigated the imaginary part of the complex dielectric function of undoped and C-F-Be doped ZnO.We found that there is strong absorption in the energy region lower than 2.7 eV for the C-F-Be doped system compared to pure ZnO.     

Ti-25at%Nb合金β、α'和ω相结构稳定性和弹性性质理论计算

采用赝势平面波方法和广义梯度近似对Ti-25at%Nb合金中不同晶体结构β、α"和ω相的弹性常数、内聚能以及电子结构进行了计算,并结合计算结果对β、α"和ω相的结构稳定性进行了讨论.计算结果表明,Ti-25at%Nb合金中β、α"和ω相均满足其结构弹性稳定性要求,其中α"相的结构稳定性最高,而β相的结构稳定性最低;计算结果同时表明,Ti-25at%Nb合金中ω相具有最高弹性模量,β相则具有最低弹性模量.     

纳米化3J33钢低温渗氮生成相性能第一性原理表征

采用固溶处理、热轧、冷拔变形和电加热的复合技术实现了3J33马氏体时效钢纳米化,平均晶粒尺寸约为70nm。对纳米化的马氏体时效钢分别在390℃和360℃进行8h脉冲等离子体渗氮,利用XRD、显微硬度计和纳米硬度计对渗氮层生成相和性能进行了测试,并且基于第一性原理对渗氮相的性能进行了表征。结果表明,两个温度下渗层中生成的氮化相分别为γ′-Fe4N和FeN0.076,二者均具有较高的硬度和良好的塑性。计算结果表明,γ′-Fe4N和FeN0.076相中N与Fe原子的成键作用较强,且两相都具有延性。     

利用第一性原理研究Ge:Si电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论的平面渡超软赝势方法和广义梯度近似,计算了掺杂Ge前后单晶Si中Si-Ge键的布居值、键长以及能带结构和态密度.计算结果表明,Ge掺杂后体系晶格常数发生变化,Ge-Si键变长,布居值及带隙宽度减小.还进一步研究了掺杂Ge后的光学性质,掺杂后静态介电常数值与纯Si相比有所增大,且吸收带宽变窄、吸收带边明显红移,并对这些掺杂诱导的材料物性变化进行了解释.