W热力学性质和弹性性质的第一性原理研究

使用第一性原理方法结合准谐近似理论研究了立方结构钨的热力学性质,包括平衡体积V、体弹模量B0、线膨胀系数α、熵S、振动自由能F、等压热容CP和等容热容CV随温度的变化关系。在计算体系的线膨胀系数、熵、振动自由能、等压热容和等容热容时考虑了热电子和热振动对自由能的贡献。计算结果表明：考虑热电子对自由能贡献后得到的线膨胀系数、熵、振动自由能和等压热容在0~2000 K范围内均与实验值符合较好。在得到平衡体积随温度变化的基础上,计算了钨立方结构的弹性性质,得到了弹性常数、体积模量、剪切模量和杨氏模量随温度的变化关系,所得结果与实验测量值符合较好     

金属Zr热力学性质的第一原理研究

应用基于密度泛函与密度泛函微扰理论的平面波赝势方法计算了一组不同晶格常数下hcp结构金属Zr的声子谱及相应的静态总能,由此得到不同晶格常数下的自由能,由准谐近似及自由能极小判据得到自由能与温度的关系,进而计算了金属Zr热膨胀系数、体弹性模量、定容及定压摩尔热容与温度的关系,计算结果在较宽的温度范围内与实验相符.对热膨胀系数,同时应用Debye-Grüneisen模型进行了计算,并与第一原理方法的结果进行了比较.对摩尔热容的计算考虑了电子的贡献,表明在高温区电子热容的贡献不能忽略.     

Ti-V合金hcp结构弹性性质的第一原理研究

为研究V元素对Ti合金弹性模量的影响,采用平面波展开的第一原理赝势法,对固溶状态下hcp结构的Ti-V合金的结构、弹性模量进行研究,结果表明V含量小于5.6 at%时合金呈稳定的hcp结构,且随V含量的增加,合金的体弹模量、剪切模量和杨氏模量单调减小,泊松比单调增大。     

K掺杂正交相Ca2Si电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似(GGA),对K掺杂正交相Ca2Si前后的电子结构和光学性质进行比较分析。计算表明,掺K后正交相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的p型半导体,禁带宽度为0.4318 eV,光学带隙变宽;掺杂K后价带主要是Si的3p态,Ca的3d、4s态以及K的3p、4s态的贡献。并利用计算的能带结构和态密度分析了K掺杂正交相Ca2Si前后的复介电函数、能量损失函数、反射光谱及吸收光谱,结果显示掺K增强了材料对太阳光谱中红外波段的能量利用。研究结果说明掺杂是改变材料电子结构和光电性能的有效手段,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

ZrV2体系的第一原理研究

基于局域密度泛函理论，结合赝势方法，研究了ZrV2-H体系的结构及其能量性质，研究结果表明，H原子填入ZrV2晶胞中的2Zr2V四面体间隙所形成的氢化物最稳定，填入1Zr3V四面体间隙所开成氢化物的稳定性次之，填入4V四面体间隙所形成氢化物的稳定性最差，吸H前后ZrV2合金晶体结构类型不变，随含H量增大，晶格常数增大，当H／ZrV2小于2．0时，ZrV2的氢化物应具有较强的抗粉化能力，H在ZrV2合金中的固溶度小，p-C坪台度，室温平衡压低，有利于贮存氢同位素。     

α2-Ti-25Al-xNb合金力学性质的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了D0_19结构的α_2-Ti-25Al-xNb(x=O—12,原子分数,%)晶体的弹性模量(B, G和E)和抗拉强度(σ_b),并利用Cauchy压力(c_(12)-C_(44))与G/B比值表征和评判了不同浓度Nb合金化时α_2一Ti-25Al- xNb合金的韧脆化倾向.结果表明:在x=2—12时,α_2-Ti-25Al-xNb晶体的抗拉强度(σ_b)与σ_2相合金的弹性模量(B, E和G)随x增加而增大;在x=0—6时,α_2-Ti-25Al-xNb合金脆性有一定改善,且x值越大韧化效果越好;但在x=7—9时,相对于α_2-Ti_3Al,合金脆性不但没有得到弱化,反而随x增加而加剧;随后,当x进一步增大时,合金脆性又随x增加再次得到改善,至x=12时,α_2-Ti-25Al-xNb合金的韧化效果最好.通过电子态密度(DOS)和投影电子态密度(PDOS)等电子结构的分析,初步解释了Nb的这种强化与韧化作用.     

Fe对NiAl力学性能影响的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,基于虚拟晶体势函数近似(VCA),计算Fe合金化(浓度x<3.0%,原子分数,下同)时完整与缺陷B2-NiAl晶体的弹性性质,并采用弹性常数C44、Cauchy压力参数(C12-C44)、杨氏模量E、剪切模量G及其与体模量B0的比值G/B0等,表征和评判Fe合金化浓度x对NiAl金属间化合物延性与硬度的影响。结果表明:无论是无缺陷的理想NiAl晶体,还是含Ni空位或Ni反位的NiAl缺陷晶体,x<0.6%的Fe合金化均可使其硬度大幅提高。Fe合金化浓度低于0.5%时,虽然完整NiAl晶体的延性变差,但含Ni空位的缺陷NiAl晶体的延性却可明显改善,并以x=0.2%～0.4%时韧化效果最好。Ni空位或Ni反位降低B2-NiAl晶体的本征延性。实验中0.20%～0.25%的Fe合金化对NiAl晶体延性的改善很可能源于Fe原子与NiAl晶体中Ni空位间的关联与协同作用。     

B2-RuAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明：RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位.这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高.进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好.     

Fe2TiGe0.25As0.75合金电子结构的第一性原理研究

利用第一性原理计算方法研究了Fe2TiGe0.25As0.75合金的电子结构。能带结构和态密度的计算结果表明该合金自旋向下的子态在费米面处有一宽度为0.71 eV的能隙,Fe2TiGe0.25As0.75合金是一种半金属铁磁体,其半金属隙为0.31 eV。合金的分子磁矩满足Slater-Pauling规则,Fe原子是分子磁矩的主要贡献者。     

Ti-Nb-Al体系相结构稳定性的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,从合金结合能角度揭示了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8相变的能量学因素,从相变热的角度解释了γ1(Ti4Nb3Al9)新相产生的原因,并从电子态密度在费米能级上电子数的多少阐明了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8→Ti4Nb3Al9相变的电子机制。从理论上说明了在Ti-Nb-Al体系中,随Nb含量增加,在能量与电子结构层次上产生γ1相的原因。     

氮掺杂锐钛矿TiO2的电子结构与光学性质的第一性原理计算

用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了氮掺杂锐钛矿TiO2的电子结构和光学性质。研究了氮掺杂对TiO2能带带隙的影响,计算结果表明,随着N的掺入,TiO2能带间隙减小,同时TiO2由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体,电子跃迁的几率增大。掺杂N之后,TiO2的静态介电常数变小,同时在介电函数中,虚部在低能量处就出现峰值。     

MoS_2电子结构、振动和介电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了MoS2电子结构、振动和介电性质,得到了MoS2能带结构、态密度、介电谱和红外反射谱。研究表明,MoS2为间接带隙半导体。介电张量在垂直和平行于c轴方向表现出强烈的各向异性。电子屏蔽作用对介电常数贡献较强,晶格振动对介电常数贡献较弱。在300~500 cm-1波段,由于红外光学模的存在,材料与电磁波存在较强的相互作用,透波性能较差。     

Structure and anelasticity of Fe3Ge alloy

The structure and anelastic properties of Fe-27 at.%Ge alloy are studied. Long-term annealing of the as-cast alloy at 1273 K leads to homogenising and several transformations take place below 873 K. These low temperature transitions are studied by several methods: X-ray diffraction, calorimetry, vibrating-sample magnetometry and internal friction, and are related to magnetic transitions in the different phases. A high stability of the hexagonal (D0₁₉) phase at room temperature is recorded. The hexagonal β (B8₁) phase is also detected in the alloy at room temperature, while the presence of the ′ and phases is doubtful. A broad internal friction relaxation peak with the relaxation strength of Δ = 0.0036, the activation energy of about 1.78 eV and the preexponential relaxation time of τ₀ = 2 × 10⁻¹⁷ s was discovered and classified as the Zener peak in both the and β phases.     

Ce与Cr协同作用B2-NiAl合金力学性能的理论研究

本文采用第一性原理赝势平面波方法,基于虚拟晶体势函数近似(VCA),研究了不同浓度x (x=0~2.2%,原子百分比)的Ce和Cr 单独及协同合金化对B2-NiAl晶体弹性模量E、剪切模量G、 Cauchy压力参数及G/B0比值的影响。结果表明：Cr占据Ni原子位能显著提高B2-NiAl合金的剪切模量G和弹性模量E, 而Ce占据Al原子位则能降低其合金的G和E;随着合金化浓度提高到2.1%,Cr占据Al原子位能改善B2-NiAl合金的延性,而当Ce取代Al原子位协同Cr取代Al原子位时,对其延性的改善效果比各自单独合金化的效果更显著,且以合金化浓度为2.0%时为最佳效果。这一理论计算很好的重现了实验中Ce与Cr协同合金化明显提升B2-NiAl合金室温延性的现象。电子态密度分析显示,Cr原子或者Cr协同Ce原子能够削弱B2-NiAl晶体当中的Ni(d)-Ni(d)主要成键峰的杂化效应,降低主要成键峰的方向性。     

Structure, hyperfine interactions and magnetization studies of mechanically alloyed Fe50Ge50 and Fe62Ge38

X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy and magnetization measurements were used to study the structure and some magnetic properties of Fe₅₀Ge₅₀ and Fe₆₂Ge₃₈ prepared by mechanical alloying from the elemental powders. In both cases in the early stages of milling the intermediate paramagnetic FeGe₂ phase was formed. The mechanical alloying process of Fe₅₀Ge₅₀ resulted in the formation of the paramagnetic FeGe (B20) phase with an average crystallite size of about 15 nm. In the case of the Fe₆₂Ge₃₈, the ferromagnetic Fe₅Ge₃ (β) phase with a Curie temperature of about 430 K was obtained. The average crystallite size was about 9 nm. The average hyperfine magnetic field of about 16 T allowed it to determine that more than four germanium atoms exist in the nearest environment of the ⁵⁷Fe isotopes in the Fe₅Ge₃ phase.     

基于第一性原理的Mo2CoB2三元过渡金属硼化物掺杂效应研究(英文)

利用第一性原理计算研究了掺杂第四周期过渡金属元素对Mo₂CoB₂的结构、力学和热力学性质的影响。通过计算结合能和形成焓以及与Born-Huang标准比较,发现所有模型都满足力学与热力学稳定条件。采用点缺陷理论确定了掺杂元素在Mo₂CoB₂晶体中的占位以及占位偏好。结果表明,Sc和Ti对Mo点位表现出强烈的占位偏好,V对Mo点位仅有较弱的占位偏好。同时,Cr、Mn、Fe、Cu和Zn对Co点位具有较弱的占位偏好,而Ni对Co点位有较强的占位偏好。通过对比计算得到德拜温度,发现除Mo₇TiCo₄B8、Mo₇VCo₄B₈和Mo₇CrCo₄B₈外,其他掺杂模型的德拜温度都低于未掺杂模型,这说明实验中应尽量避免在Mo₂CoB₂硬质相中大量添加除Ti、V和Cr以外的过渡金属元素。最后,除Cr掺杂模...     

Nd掺杂金红石TiO2的电子结构及光学性质的研究

采用密度泛函平面波超软赝势方法,系统研究了Nd掺杂前后金红石相TiO2的电子结构变化,计算结果表明:Nd掺杂使TiO2的电子态发生重新分布,分能带明显增加;在导带的下方出现了一些新的电子态,分波态密度的结果进一步证实,这些新的态归属于Nd 4d轨道;金红石TiO2的带隙引Nd 4f态的引入而明显降低,并导致材料的带隙减小;Nd掺杂前后金红石相TiO2的紫外-可见漫反射光谱的测试结果表明Nd掺杂TiO2的紫外可见吸收光谱发生红移。     

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。     

Fe4N粘结磁体的制备及其电磁性能研究

通过在纯相Fe4N陶瓷粉体中添加适量成型剂制备Fe4N粘结磁体。研究了粘结剂类型、用量以及成型压强等因素对粘结磁体磁导率等电磁性能的影响。结果表明,选用环氧树脂E12作为粘结剂,用量控制在3%(质量分数),成型压强500MPa时制备的粘结磁体的电磁性能最好。其比饱和磁化强度为181.85(A·m2)/kg,矫顽力为34148A/m,在0.6~1.2GHz频段范围内磁导率实部达到5.4,虚部达到6.7。     

Magnetic, electrical and plastic properties of Fe76Nb2Si13B9, Fe75Ag1Nb2Si13B9 and Fe75Cu1Nb2Si13B9 amorphous alloys

Influence of 1 h annealing in vacuum on magnetic, electrical and plastic properties of Fe₇₆Nb₂Si₁₃B₉, Fe₇₅Ag₁Nb₂Si₁₃B₉ and Fe₇₅Cu₁Nb₂Si₁₃B₉ melt spun ribbons were carefully investigated. It was shown that in all cases soft magnetic properties can be significantly enhanced by applying 1-h annealing at characteristic temperatures T_op. This optimization annealing causes that permeability increases more than 15-times and magnetic losses (tangent of loss angle) achieves a minimum in relation to the as quenched state. Using structural examinations (X-ray and HRTEM) it was shown that for the Fe₇₅Cu₁Nb₂Si₁₃B₉ alloy the optimized microstructure corresponds to a nanocrystalline αFe(Si) phase whereas in other alloys to a relaxed amorphous phase free of iron nanograins. As a consequence of this fact the Fe₇₆Nb₂Si₁₃B₉ and Fe₇₅Ag₁Nb₂Si₁₃B₉ alloys show higher plasticity in comparison to the nanocrystalline Fe₇₅Cu₁Nb₂Si₁₃B₉ alloy. Temperatures of the first stage of crystallization, and related diffusion parameters were determined using measurements of resistivity versus temperature with different heating rates.