Ti2GeC电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一原理的方法研究了Ti2GeC的电子结构和弹性性质.从电子结构中可以看出,Ti2GeC中存在着共价键、离子键和金属键3种键.在态密度和Mulliken布居分析中有赝能隙和电荷转移.还得到了体模量、杨氏模量、切变模量、泊松比和德拜温度等物理参数.各向异性参数表明了Ti2GeC在压缩和剪切上主要呈现出各向同性.     

第一原理研究Zr元素对UO2结构与力学性能的影响

本文采用第一性原理密度泛函理论研究了Zr元素对UO2结构与力学性能的影响。计算结果表明,随着Zr元素含量的增加,UO2的晶格参数、晶胞体积均逐渐减小。其中,掺杂形成能,U-O键,Zr-O键和O-O键的单位键长随着Zr元素的增加而降低。通过计算其弹性模量,发现Zr含量在20wt%前,随着Zr含量的增加,UO2的体模量略微增大,而剪切模量略微降低;当Zr的含量达到40wt%时,UO2体模量随着Zr含量的增加而明显增大,剪切模量反而增大。同时,随着Zr含量的增加,UO2的B/G值不断增加,材料呈脆性向塑性转变的趋势。     

合金元素对镁合金耐腐蚀性能影响的研究进展

添加合金元素即合金化是改善镁合金性质、性能的有效途径。总结了基础合金元素(Al、Zn、Mn、Zr等)和微量合金元素(Ce、La、Sc、Er、Nd、Y、Sm、Ho、Gd及混合稀土等稀土元素和Ca、Sr等碱土金属元素以及Pb、Sn、Sb、Si、Hg、Ga等)对合金化镁合金耐腐蚀性能的影响,评述了失重法、电化学方法等合金化镁合金耐腐蚀性能的主要研究方法,指出了当前镁合金合金化及耐腐蚀性能研究中存在的问题和发展方向。     

Fe-Si合金磁性能和力学性能的第一性原理计算

基于第一性原理方法计算了Si对α-Fe体系在稳定性,磁性能以及力学性能的影响。计算结果表明,Si可以稳定存在于α-Fe中,Fe-Si体系的稳定性大于α-Fe; Fe-Si体系的总磁矩小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的磁致伸缩系数小于纯Fe体系,且Si的掺杂使得态密度峰值整体左移,Fe-Si体系的导电性降低,电阻率增加,增加了体系的软磁性能;Si的掺杂使得体系的硬度增大,韧性减小,可加工性能降低,Fe-Si体系的平均键长小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的键能增强,这是Fe-Si体系硬度大于纯Fe体系的主要原因,Si的掺杂导致Si周围的电荷密度明显小于纯Fe体系,这是Fe-Si体系韧性减小的原因。     

合金元素对镁合金耐腐蚀性能影响的研究进展

镁及其合金作为最轻的金属结构材料,在产品轻量化方面具有巨大的应用潜力.然而,金属镁具有较强的腐蚀敏感性,且表面形成的氢氧化镁膜疏松多孔,几乎无保护性,这导致其应用受到限制.如何提高镁的耐腐蚀性已经成为制约其应用的世界性难题.合金化是从根本上改善镁合金耐蚀性的方法之一.基于此,本文从合金元素对镁腐蚀行为的影响出发,阐述纯镁的腐蚀机理和合金元素对镁合金腐蚀性能的影响机制,归纳合金元素对镁合金所产生的保护机制及其相应特征,这可以为开发新型镁合金和改善镁合金的耐蚀性提供一定的借鉴.此外,本文有助于更好地理解镁合金腐蚀行为.目前,还没有一种镁合金能像铝合金或不锈钢一样具有较好的耐蚀性,因此耐蚀镁合金的开发还需要进一步研究.本文为镁合金中元素之间的交互关系提供理论基础,可对新型耐蚀镁合金的开发提供思路.元素之间的协同作用会对新型耐蚀镁合金设计、工艺及性能有较大影响,随着研究的深入,期望构建出类似"不锈钢"的新型耐蚀镁合金.     

铸造镁合金及其研究进展

介绍了镁的合金化原理、强化机理和目前所用铸造镁合金的类型及存在的缺点，提出了改善铸造镁合金性能的途径。     

稀土La掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构的第一性原理研究EI北大核心CSCD

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法对稀土元素镧(La)掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构进行计算与分析。首先,结合形成焓、Born力学稳定性以及差分电荷密度的结果可知,掺杂稀土元素La之后,形成的Mg8Si4La和Mg8Si3La均不能稳定存在,La掺杂的Mg2Si优先占据体系Mg原子的位置;其次,晶体的体模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),以及各向异性系数(A)的计算结果表明本征Mg2Si为脆性相,而Mg7Si4La为韧性相,掺杂La可以提高Mg2Si的延展性;最后,态密度、Mulliken布居数和电荷差分密度的计算结果表明掺杂稀土镧后费米面向高能级区域偏离,进入导带,提高了Mg2Si的导电性。     

第一性原理在镁合金研究中的应用现状

分析了第一性原理在合金相研究中的重要作用和特点,并从合金相稳定性和合金相力学性质等方面对第一性原理在镁及其合金中的研究应用现状进行了综述,讨论了存在的问题,分析了第一性原理今后在镁合金研究中的应用方向。     

数据驱动的镁合金结构与性能设计

随着材料基因组计划的提出,以及大数据技术和人工智能技术的飞速发展,基于数据驱动的新材料设计得到了广泛的关注,并逐渐成为新型材料研发的重要方法。近年来,国内外研究人员在基于高通量计算和人工智能技术预测材料组织性能等方面开展了大量工作,获得了大量通过实验方法难以直接获取的性能参数,形成了以数据为核心的材料设计方法。镁合金在航空航天、电子信息和生物医用等领域展现出很好的应用前景,但是强度低、塑性差以及耐腐蚀性能差等不足限制了其进一步应用。概述了近年来国内外研究人员利用基于密度泛函理论的第一性原理计算以及计算机人工智能的机器学习方法,在研究镁合金力学性能及相关组织结构,如热力学稳定性、滑移系启动能垒、成分/组织/工艺与性能关系,以及耐腐蚀性能,如阳极电极电位、功函数计算、阴极表面水解和析氢反应方面的进展,并展望了该研究领域亟待解决的问题以及未来发展方向。     

合金元素对镁合金氧化性能的影响

概述了合金元素在镁合金抗氧化性能的作用.介绍了Ca、Be以及稀土元素对镁合金抗氧化性能的影响,并对相应的作用机理进行了分析.最后指出了合金化方法中存在的问题和发展方向.     

材料压电性能的第一性原理计算回顾与展望

第一性原理计算方法已被广泛应用于材料科学的各个领域. 大多数第一性原理计算都是基于密度泛函理论进行的. 本文从密度泛函理论的基本原理出发, 对第一性原理计算的理论基础作了详细的总结, 并介绍了如何使用密度泛函微扰理论计算材料的压电、介电张量、机电耦合系数以及如何用现代极化理论计算材料的压电性能. 对近期发表的材料压电性能第一性原理计算方面的文献进行了回顾与总结. 最后总结了目前材料压电性能计算方面存在的问题并对其发展前景进行了展望.     

Mg2Si弹性性质及热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg2Si弹性性质和热力学性质.根据计算数据得出Mg2Si在不同压强下的弹性常数,得出相对晶格常数(α/α0)、相对体积(V/V0)、体弹性模量与压强和温度的关系.通过准谐德拜模型计算了Mg2Si的热力学性质,如比热容和德拜温度,计算出的德拜温度与实验值基本相同.     

基体合金元素对SiC/Al界面结合影响的第一性原理及实验研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法, 探讨了Al基体中分别掺杂Mg、Si、Cu合金元素对SiC/Al界面结合的影响, 重点考察了合金元素在界面偏聚时的电子结构和成键情况。研究表明: 在未掺杂Al/SiC体系界面结构优化时, 以Si原子为终止面的Brigde结构是最稳定的结合方式; 当合金元素分别替换界面处的Al原子后, 界面处原子的分波态密度、Muliken电荷及成键原子集居数等电子结构参数均有不同程度的变化, 这不仅增加了界面处 Si与Al原子结合, 同时也增强了界面处和亚界面处的Al基体和SiC增强相原子之间的相互作用, 使体系更加稳定, 界面黏着功均有不同提升; 其中掺Mg提升效果最明显, 其次为掺Cu和掺Si; 利用第一性原理计算的掺杂Al/SiC体系黏着功和实验值较为接近且变化规律相同。     

Ni掺杂PtAl2合金电子结构的第一性原理计算

采用第一性原理的密度泛函理论方法从杂质形成能、电荷布居、电子结构等几个方面研究了PtAl2合金的掺杂效应。结果发现,Ni置换Pt元素掺杂形成能的绝对值要低于Ni置换A1的掺杂形成能。进一步从电子结构分析,两者在费米面附近的电子主要是由Pt的4p电子轨道,Ni的3d电子轨道以及部分Al的3p电子轨道上的电子贡献,但前者在费米能附近的反应剧烈程度要高于后者,这说明在PtAl2合金的掺杂中,Ni元素更容易置换Pt原子与Al生成NiAl合金。     

Si表面吸附GaN的第一性原理研究

为了更好地了解Si表面对CaN的吸附,利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了Si(100)和Si(111)弛豫表面分别吸附GaN的电子结构、吸附能大小以及其态密度图.计算结果表明,相对于Si(111)表面,Si(100)表面更容易吸附GaN,在同等实验条件下,在Si(100)表面应更容易沉积GaN薄膜.采用ECR-MOPECVD工艺,于低温下在Si(100)衬底上沉积得到了GaN薄膜,XRD谱图表明该薄膜是一种晶体结构和无定形结构的混合结构.     

压力对PbTiO3结构和热物性质影响的第一性原理研究

PbTiO₃是一种重要的铁电功能材料, 但压力对其结构、稳定性、力学和热力学性能的影响尚不明确, 从而限制了其在电子通讯领域的应用。本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了压力下四方铁电相钛酸铅(TP-PTO)、立方顺电相钛酸铅(CP-PTO)、四方前驱体相钛酸铅(PP-PTO)结构和热物性质。研究发现, 三种结构可压缩性由大到小依次为PP-PTO>TP-PTO>CP-PTO。能带结构和态密度均表明PTO在研究的压力范围内未发生相变。PTO带隙随着压力增大逐渐降低, TP-PTO在20 GPa由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体, 其余两相在压力下恒为直接带隙半导体。PTO在0~30 Gpa范围力学稳定, 且具有各向异性, 其综合力学性能随着压力的增加而增强, 各向异性则是先降低后升高。通过准谐德拜近似理论研究了温度和压力对PTO德拜温度、熵、热容的影响, 结果表明德拜温度随着温度上升而下降, 随着压力增大而上升, 反映出共价键强度依次为CP-PTO>TP-PTO> PP-PTO。熵和热容随着温度上升而上升, 随着压力的增大而下降。     

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.     

Sr-F共掺杂CeO_2紫外屏蔽性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)下的的第一性原理,通过Sr原子代替Ce原子、F原子替代O原子,建立同等条件下纯净的、Sr单掺杂、Sr-F共掺杂的2×2×1模型,并对其晶体结构进行优化,计算并分析了体系的几何结构、能带结构、态密度和紫外屏蔽特性。计算结果表明:掺杂导致晶格体系发生畸变,体积增大;引入了杂质能级,能带变密,禁带宽度增大;CeO_2紫外屏蔽增强,吸收谱线蓝移,紫外吸收阈值取决于O原子的2p轨道电子激发到Ce原子4f轨道空带。