贵金属Cu、Ag、Au的电子结构和物理性质

由纯金属单原子理论(OA)确定了面心立方结构(FCC)贵金属Cu、Ag、Au的电子结构依次为[Ar](3dn)5.58(3dc)4.21(4sc)0.23(4sf)0.98、[Kr](4dn)4.87(4dc)4.56(5sc)0.66(5sf)0.91、[Xe](5dn)4.20(5dc)4.90(6sc)1.57(6sf)0.33,并确定了Cu、Ag、Au的密排六方结构(HCP)和体心立方结构(BCC)两种初态特征晶体和初态液体的电子结构。根据自然态的电子结构定性解释了熔点、拉伸强度、维氏硬度、体弹性模量、电导和热导率物理性质差异与电子结构的关系,定量计算了晶格常数、结合能、势能曲线及线热膨胀系数随温度的变化。根据非自然态的电子结构,定性解释了晶体结构BCC和HCP的关系。     

金属间化合物L1_0-TiAl点缺陷浓度的第一原理

采用第一原理平面波赝势方法,结合Wagner-Schottky缺陷热力学模型,研究金属间化合物L10-TiAl中各种空位和反位点缺陷的形成焓、热力学平衡浓度及其相互作用等。结果表明:这些缺陷的热力学平衡浓度均随温度的升高而增大,其中反位缺陷浓度均高于空位缺陷浓度,Ti空位浓度高于Al空位浓度。在理想化学计量比成分下,Ti反位缺陷的浓度与Al反位缺陷的基本相当;在略偏离计量比的富Ti成分端,Ti反位缺陷的浓度高于Al反位缺陷的;在富Al成分端则相反。不同点缺陷之间均普遍存在相互排斥性,难以聚集,将倾向于向基体中分散和扩散。     

TiO2纳米粉末、纳米管及其能带理论研究进展

综述了TiO2纳米粉末和纳米管的主要制备方法并进行了比较,提出了今后制备技术的发展方向。同时总结了通过理论计算来进行材料设计的基本思路,着重强调使用固体能带和分子轨道理论以及能谱实验数据相结合的方法来进行成分设计和进一步提高计算水平,更好地反映材料性能的电子结构本质。     

以粉煤灰为基础的微晶玻璃的制备

利用传统熔体冷却方法以 Ti O2 和 Fe2 O3 为成核剂、粉煤灰含量 50 wt%以上的 Na2 O-Ca O- Si O2 系统基础玻璃的制备工艺进行了研究。利用差热分析 (DTA)确定了该玻璃的核化和晶化温度 ,并利用 X射线衍射分析 (XRD)和扫描电子显微镜 (SEM)对晶化试样的物相进行了鉴定并作显微结构观察。研究结果表明 :(1)以粉煤灰为主要原料 ,以 Ti O2 、Fe2 O3 为成核剂 ,通过传统熔体冷却方法能够获得 Na2 O- Ca O- Si O2 系统基础玻璃 ;(2 )对基础玻璃进行二步法热处理可以获得黑色和黄色的微晶玻璃 ,其主晶相为 Na Al Si O4 和 Ca2 Al2 Si O7微晶体 ,呈块状分布 ,该类玻璃的结晶化程度高     

镍晶格稳定性的第一性原理研究

采用第一性原理总能赝势平面波方法计算了Ni不同晶体结构的晶格常数、总能和态密度,并与第一性原理投影缀加波方法、CALPHAD方法的结果以及实验值进行了对比.电子结构的计算结果表明Ni的大部分S态电子已转化为成键能力更强的P和d态电子,从而增强了晶格稳定性.     

过渡金属晶格稳定性的第一性原理研究进展

对近几年过渡金属第一性原理的文献进行了详细的讨论与分析,发现第一性原理对部分金属和金属间化合物的物理性质的理论分析已取得了较大的成功,但是在对部分过渡金属纯单质的计算中仍存在较大问题.同时提出,通过比较由第一性原理的不同计算方法获取的相关数据和详细分析元素的微观组成可为物质的晶格稳定性提供合理的解释.     

金属FCC-Al热容的研究

用OA理论结合Debye-Grüneisen模型,计算了FCc-Al从0K到熔点(933.47K)的热容曲线.将计算结果与实验值进行比较,发现理论值偏低,对其原因进行了系统分析.对理论模型计算值进行适当修正,发现修正后的数据和实验值较吻合.与SGTE数据库绘制的热容曲线比较,得知SGTE给出的FCGAl的热容数据不完善.最终由理论计算的修正值并结合SGTE数据库,给出了从0K到沸点FCC-Al的热容曲线,实现了对金属元素Al热容的完整描述.     

First-principles lattice stability of Fe, Ru and Os

Lattice constants, total energies and densities of states of transition metals Fe, Ru and Os with BCC, FCC and HCP structures were calculated by the GGA+PBE functional and the ultrasoft pseudo-potential plane wave method, and compared with those of the first-principles projector augmented wave (PAW) method, CALPHAD method and experimental data. The results show that the lattice stability of this work is ΔG ^BCC-HCP>ΔG ^FCC-HCP>0, agreeing well with those of PAW method in the first-principles and CALPHAD method except for BCC-Fe. And the densities of state of HCP-Ru and Os have an obvious character of stable phase, agreeing completely with the results of the total energy calculations. Further analyses of atomic population show that the transition rate of electrons from s to p state for HCP, FCC and BCC crystals increases from Fe to Os, and a stronger cohesion, a higher cohesive energy or a more stable lattice between atoms of heavier metals are formed. Foundation item: Project(20070533118) supported by the Doctoral Discipline Foundation of Ministry of Education of China; Projects(50471058, 50271085) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project supported by the Postdoctoral Foundation of Central South University, China     

用特征晶体模型研究Au-Cu热力学性质

基于特征晶体模型，用最小二乘法拟合了Au-Cu热力学相互作用方程参数。在此基础上研究了Au-Cu合金的生成热、组元活度和Gibbs自由能随温度的变化曲线，确定了体系固液发生成分不变相变点的温度，计算结果与实验数据一致。评估了Au-Cu体系相图，其主要特征与CALPHAD评估结果和实验信息一致。     

fcc-,亚稳hcp-和bcc-Cu的原子状态及物理性质随温度的变化关系

结合纯金属单原子(OA)理论和Debye-Gruneisen模型,采用CALPHAD方法确定的晶格稳定参数,研究了 SGTE纯单质数据库中fcc-,hcp-和bcc-Cu的原子状态及物理性质(原子势能、原子动能、原子体积、体弹性模量和热膨胀系数等)随温度的变化关系．结果表明:电子结构计算结果与第一原理方法非常接近． 3种晶体结构的电子结构差别不大,单键半径非常接近．原子体积顺序为:Va(bcc)>Va(hcp)>Va(fcc);共价电子浓度顺序为:nc(fcc)>nc(hcp)>nc(bcc);原子势能大小顺序为:εp(fcc)<εp(hcp)<εp(bcc);晶格稳定性顺序为:△G(fcc)>△G(hcp)>△G(bcc)．原子动能随温度的增加幅度约为势能的3-4倍．