BiOCuS电子结构、化学键和弹性性质的第一性原理研究(英文)

利用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)研究四方相BiOCuS的电子结构、化学键和弹性性质。能带结构显示,BiOCuS为间接带隙半导体,带隙宽为0.503eV;态密度和分态密度的结果表明,费米能级附近的态密度主要来自Cu-3d态。布居分析表明,BiOCuS中的化学键具有以离子性为主的混合离子?共价特征。计算得到四方相BiOCuS的晶格参数、体模量、剪切模量和单晶的弹性常数,由此导出弹性模量和泊松比。结果表明,BiOCuS是力学稳定的,且具有一定的延展性。     

高压高温下Re 2 N的弹性和热力学性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究高压高温下Re2N的晶体参数、力学性能和热力学性能。结果表明：在高压下Re2N具有明显的弹性各向异性,与弹性常数C12、C13、C44相比,C11和C33的变化随着压力的变化非常明显。此外,首次计算Re2N的体弹模量B、弹性模量E和剪切模量G沿不同晶轴的分布。弹性模量在一些主要晶轴方向上的大小分布趋势如下：[0001][1211][1010][1011]EEEE〉〉〉。计算结果还表明：在（0001）晶面,Re2N的抗剪切能力是最低的,从而极大地减小对大剪切变形的阻力。基于准简谐德拜模型,在0~50GPa压力和0~1600K温度下得到德拜温度、格林艾森参数、热传导以及热扩散系数的变化行为。     

极端不可压缩Re2P的电子结构、化学键及弹性性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论（DFT）的广义梯度近似（GGA）,研究Co2P类型结构的极端不可压缩Re2P的电子结构、化学键和弹性性质。能带结构显示Re2P为金属性材料;态密度和分态密度的计算结果表明,费米能级附近的态密度主要来自Re-5d态;布居分析表明Re2P中的化学键具有以共价性为主的混合离子一共价特征。计算得到Re2P的晶格参数、体模量、剪切模量和单晶的弹性常数,由此导出弹性模量和泊松比。结果表明,Re2P是力学稳定的,且具有一定的脆性。     

Phase transition and thermodynamic properties of MgTe under high pressure

The transition phase of MgTe from rock salt structure (B1) to cesium chloride structure (B2) is investigated by ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method. The thermodynamic properties of the B1 and B2 structures are obtained through the quasi-harmonic Debye model. Our results indicated that MgTe undergoes a structural phase transition from B1 to B2 at about 90.32 GPa. The dependences of the relative volume V/V₀ on the pressure P, the Debye temperature Θ and heat capacity C_V on the pressure P, the Grüneisen parameter ratio (γ − γ₀)/γ₀ on pressure P, the bulk moduli ratio (B − B₀)/B₀ on pressure P, as well as the heat capacity C_V on the temperature T are estimated.     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构,力学性质和光学性质的第一性原理计算

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg₂Y、Mg₂La和Mg₃La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg₃La具有最强合金化能力,而Mg₂La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg₂Y具有最强的抵抗变形能力,Mg₃La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg₂La塑性最强。进一步分析表明Mg₂Y和Mg₂La为延性相,而Mg₃La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg₃La的耐磨性最好,Mg₂Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。     

Mg-Al-Zn-Sm合金的组织、力学性能及其热力学分析

利用相图热力学数据库设计Mg-Al-Zn-Sm系合金的成分和热处理工艺。合金经熔炼铸造后进行T6工艺热处理。通过硬度测试确定合金的峰时效点,并在峰时效点进行室温拉伸实验。结果表明:成分为Mg-6Al-1.3Sm-1Zn(质量分数,%)的样品时效后的抗拉强度(σb)为263 MPa。采用X射线衍射(XRD)和透射电子衍射(TEM)并结合X射线能谱分析方法确定合金基体为Mg-Zn固溶体,析出相为Mg17Al12与Al2Sm。借助金相光学显微技术与扫描电镜(SEM)对合金的微观组织形貌进行分析,并采用热力学计算对显微组织的形成进行解释。示差扫描量热技术(DSC)测试结果表明:合金凝固过程中的相变点与计算模拟的结果吻合。     

Zr-Ti合金相稳定性与弹性性质的第一性原理研究

利用特殊准随机结构(specialquasi-randomstructure,SQS)超晶胞模型及第一性原理计算研究了Zr_(1-x)Tix合金中Ti含量及相结构(hcp与bcc结构,α相与β相)对合金相稳定性及弹性性质的影响。研究表明:从弹性性质上看,Ti含量增加会使Zr-Ti合金的结构更加稳定,Zr-Ti合金α相的结构稳定性普遍高于β相;Zr-Ti合金普遍具有延展性,Zr-Ti合金的α相具有更高的硬度并且其硬度和韧性都与Ti元素浓度成正比,Zr-Ti合金的β相具有更高的韧性;从电子结构上看,Ti不会显著改变hcp结构和bcc结构Zr-Ti合金系统的态密度(DOS),Zr-Ti合金系统的DOS分布中的费米能级与纯Zr系统的相似,Ti含量对Zr-Ti合金的相稳定性影响不大。     

Ca、Sr和Ba掺杂Mg_2Si弹性性能和电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波赝势方法研究了合金元素X(X=Ca、Sr、Ba)掺杂Mg2Si的占位情况:(1)取代Mg原子位置;(2)取代Si原子位置;(3)间隙固溶到Mg2Si晶胞中。分析合金系Mg7Si4X,Mg8Si3X,Mg8Si4X的形成热和结合能可知,Mg7Si4X的形成热和结合能均为负值,且最小。表明Mg7Si4X更容易形成稳定化合物,具有较强的合金化能力,且Ca,Sr,Ba掺杂Mg2Si时有优先占据Mg原子的倾向。研究Mg7Si4X的弹性模量和电子结构发现:Mg7Si4Ca、Mg7Si4Sr为脆性相;Mg7Si4Ba为延性相,塑性最好;掺杂Ca,Sr,Ba使Mg2Si逐渐由脆性向韧性转变。Ca,Sr,Ba的掺入均使Mg2Si的电子态密度发生偏移,费米能级处的电荷密度增加,导电性增强,共价键作用减弱,合金系结构稳定性减弱。     

AgAuPd中熵合金力学、热力学和电学性质的第一性原理研究

在微电子封装领域,键合Ag线具有较好的电学性能优势被广泛应用,但纯银线因存在强度低、高温易失效等缺点不能满足大功率器件的使用,因此本工作拟通过设计等原子比AgAuPd中熵合金作为替代纯Ag线的新型键合材料。本文通过SQS模型构建了等原子比AgAuPd中熵合金晶体模型,利用第一性原理计算了AgAuPd中熵合金在不同压力下的弹性性质(弹性常数、弹性模量、剪切模量)、热力学性质和电子结构。预测出AgAuPd中熵合金随压力的增加具有较好的结构稳定性、良好的塑性、高温稳定性以及优良的导电性,具有成为键合材料的潜力。利用第一性原理计算AgAuPd中熵合金加压下的力学、热力学和电学性质,对开发新型键合Ag基丝具有一定的理论指导意义。     

Mg-Zn-Si体系的相平衡计算及应用

利用Calphad方法重新评估了Mg-Si二元系的液相,并结合Mg-Zn和Zn-Si二元系热力学数据,外推得到Mg-Zn-Si三元系热力学参数;同时根据Mg2Si-MgZn2伪二元相图实验数据评估了Mg-Zn-Si系的液相三元相交互作用参数,计算相图与实验数据较一致。利用Scheil凝固模型模拟了Mg-2.33Zn-0.9Si(at%)合金的凝固过程,预测了镁合金在铸造冷却过程中的相演变信息,模拟计算结果与实验结果吻合较好     

无取向硅钢相变点及其高温力学性能

使用Gleeble3800热模拟试验机对无取向硅钢进行CCT曲线测定及高温拉伸试验。结果表明,无取向硅钢的两相区大致在915~1000 ℃之间,相变始末点的温度随着冷却速度的增加而降低;枝晶处富集液相薄膜导致试验用钢出现第Ⅰ脆性温度区,为1250℃~T_m;未出现第Ⅱ、Ⅲ脆性温度区;600~1100 ℃区间内,Z值均达到75%以上。γ→α的转化是1050~900 ℃温度段的塑性以及抗拉强度随温度降低呈现先降低后升高的主要原因。     

Ga1-ＸTiＸSb(Ｘ= 0.25, 0.50, 0.75)电学、磁学及光学性质的第一性原理研究

直接带隙半导体锑化镓（GaSb）凭借其优异的性能在光纤通信、光电器件等领域具有应用价值。为了探索GaSb在光电器件中及新的自旋电子学材料的潜在应用,采用第一性原理计算了不同Ti掺杂浓度的GaSb（Ga1-xTixSb,其中X为Ti原子的掺杂浓度百分比）的电学、磁学及光学性质。计算结果表明：Ga1-xTixSb的能带结构和态密度在费米能级附近产生自旋劈裂并形成净磁矩,使Ga1-xTixSb(X=0.25, 0.50, 0.75)分别表现为半金属铁磁体、稀磁半导体、磁性金属。Ga1-xTixSb优化后晶格常数变大;Ga1-xTixSb的折射率、反射率、吸收系数发生红移且在中远红外波段光吸收系数高于GaSb;Ga1-xTixSb随着Ti掺杂浓度的增加对中远红外波段光子的吸收效果变得更好。计算结果为拓展GaSb基半导体材料在红外探测器、红外半导体激光器等领域的应用以及新的自旋电子学材料的发现提供理论参考。     

TiB2和TiB弹性性质的理论计算

采用基于密度函数理论的赝势平面波方法和广义梯度近似对TiB2和TiB化合物的弹性性质和电子结构进行了理论计算,并用Voigt-Reuss-Hill方法计算得到多晶体的弹性模量和切变模量。结果表明：TiB2和TiB的弹性模量分别为599 GPa和443 GPa,切变模量分别为268.5 GPa和193.5 GPa,Pugh定律和泊松比等经验判据表明TiB2比TiB脆性更大;并从这两种化合物的电子结构对其弹性性质的差异进行了讨论。     

First-principle calculations of structural,elastic and thermodynamic properties of Fe–B compounds

The structural, elastic and thermodynamic properties of FeB, Fe₂B, orthorhombic and tetrahedral Fe₃B, FeB₂ and FeB₄ iron borides are investigated by first-principle calculations. The elastic constants and polycrystalline elastic moduli of Fe–B compounds are usually large especially for FeB₂ and FeB₄, whose maximum elastic constant exceeds 700 GPa. All of the six compounds are mechanically stable. The Vickers hardness of FeB₂ is estimated to be 31.4 GPa. Fe₂B and FeB₂ are almost isotropic, while the other four compounds have certain degree of anisotropy. Thermodynamic properties of Fe–B compounds can be accurately predicted through quasi-harmonic approximation by taking the vibrational and electronic contributions into account. Orthorhombic Fe₃B is more stable than tetrahedral one and the phase transition pressure is estimated to be 8.3 GPa.     

高性能铜合金热力学数据库的开发及其在材料设计中的应用

利用相图计算(CALPHAD)方法,采用亚规则溶体模型描述溶体相的吉布斯自由能,采用亚点阵模型描述金属间化合物和有序相的吉布斯自由能,并结合相平衡和热力学性质的实验数据,优化与计算Cu-X二元系以及Cu-Fe、Cu-Ni、Cu-Cr、Cu-Co、Cu-Mo和Cu-W基各三元系的相图,获得自洽性良好的热力学参数,并建立铜合金热力学数据库。该数据库可以提供稳定和亚稳的相图计算、相分数计算、液相面计算、热力学性质的计算等多种信息,为外推计算铜基多元合金系的相平衡提供理论基础,并为高性能铜合金材料的设计及制备提供重要的理论指导。     

W/ZrC复合材料的反应熔渗法制备

采用W/WC多孔预制体中低温熔渗Zr2Cu合金的方法成功制备了W/ZrC复合材料.结果表明:与传统粉末冶金方法相比,制备温度降低了500℃左右.复合材料的组织均匀,致密度较高;抗弯强度和弹性模量分别可达600MPa和360 Gpa:断裂韧性达11.0 Mpa·m1/2,比纯ZrC的断裂韧性提高了4倍.     

激光熔覆原位制备ZrC增强涂层的颗粒行为特征

通过添加氧化锆和石墨的混合粉末到镍基合金粉末中,利用激光熔覆技术在中碳钢表面上制备了原位析出ZrC颗粒增强金属Ni基复合涂层。利用扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射设备(XRD)对涂层的组织、物相和成分进行了观察、分析和探讨。对涂层内部的ZrC颗粒形貌、生成以及生长机理、分布特点进行了分析,探讨了颗粒分布对涂层硬度性能的影响。结果表明,ZrC颗粒在中上部分布较为均匀,主要以三角形和四边类似菱形和长轴形为主,颗粒在对流和界面斥力共同作用下发生的碰撞、烧结以及枝晶间的阻力是成形主因。由于ZrC颗粒以及内部碳化物如M₂₃C₆的生成分布,复合涂层的硬度得到了明显的提升,最终其硬度可达HV_0.2 720。     

多组元碳化物Ti_xV_（1-x）C弹性性能与稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究过渡族多组元碳化物TixV1-xC的结构、稳定性及弹性性能。结果表明：TixV1-xC的晶格常数随着V的增多而线性递减;TiC晶体中掺杂V后导致力学性能发生变化;与TiC相比,Ti0.5V0.5C具有较大的体模量和最大的弹性系数C44,表明Ti0.5V0.5C具有比TiC高的硬度,但Ti0.5V0.5C的脆性最大;Ti0.5V0.5C具有最小的形成能,表明Ti0.5V0.5C最稳定。     

Ti(Cu,Pt)2和Ti(Cu,Pt)3相的晶体结构和弹性性能(英文)

利用X射线粉末衍射数据结合Rietveld结构精修方法研究并确定两个新三元相Ti(Cu,Pt)₂和Ti(Cu,Pt)₃的晶体结构。使用电子探针(EPMA)检测样品的成分,同时结合纳米压痕技术和第一性原理计算对其弹性性能进行研究。研究发现,Ti(Cu,Pt)₂的空间群为Amm2(No.38),与VAu₂有着相同的结构类型。Ti(Cu,Pt)₃的结构为四方晶系的AlPt₃结构类型,属于P4/mmm空间群(No.123)。纳米压痕测量和第一性原理计算表明,Ti(Cu,Pt)₂的弹性模量随Pt含量的增加先增大,然后减小;而Ti(Cu,Pt)₃的弹性模量随Pt含量的增加几乎呈线性增加。