第一性原理在Ni_2MnGa合金研究中的应用

具有铁磁性形状记忆效应的Heusler合金Ni_2MnGa颇具发展潜力,在新型智能材料的研究中备受关注。本文综述了第一性原理在Ni_2MnGa合金的四方变形、声子软化和磁性能等方面的研究进展,Ni、Ti和Co等掺杂元素在Ni_2MnGa合金中的最优占位及其对电子结构、马氏体转变温度TM和居里温度TC的影响。     

第一性原理在锂硫电池正极材料中的应用

锂硫电池被广泛认为最具潜力的下一代储能体系,但是锂硫电池的技术瓶颈使其实用化过程遇到诸多困难。全球"材料基因组"计划的开展促进第一性原理在储能材料领域的广泛应用。综述近年来第一性原理在锂硫电池正极材料中的应用,从4个方面分析多硫化物的吸附作用、充放电机理、锂离子的扩散及电子结构对锂硫电池的穿梭效应、容量、循环稳定性等问题的影响。通过第一性原理计算将宏观性能与微观本质相关联,展望其在锂硫电池中的应用前景,为进一步设计硫正极材料提供参考。     

基于第一性原理计算的高熵合金研究现状

介绍了第一性原理计算模拟理论,重点综述了近年来第一性原理计算模拟在高熵合金力学性能、相稳定性及耐腐蚀性方面的研究进展,并进行了总结与展望,为高熵合金的设计提供参考。     

第一性原理在Al-Si和Al-Mg-Si合金研究和应用现状

分析了第一性原理在Al-Si和Al-Mg-Si合金研究中的重要作用和特点。从合金的结构稳定性,力学性能和电子性能等方面,综述了第一性原理在Al-Si和Al-Mg-Si合金研究应用现状,分析了第一性原理在Al-Si和Al-Mg-Si合金的研究方向。     

第一性原理方法研究CdS能带结构

使用基于局域密度近似的密度泛函方法,对立方相和六方相CdS的结构进行了模拟计算.结果表明:2种晶相的CdS不仅禁带宽度非常相近,两者相差8.51%,而且导带边都是由Cd5s轨道贡献,价带边都是由S3p轨道贡献.这种相似的能带结构导致立方相和六方相CdS在可见光波段具有相近的光学性能,从而解释了实验获得的两相混合CdS仍然能够具有较好光学性能的现象.     

第一性原理研究Re的热力学性质

基于准谐Debye-Grüneisen模型,运用第一性原理缀加投影平面波方法研究了Re的热力学性质,拟合了Re的状态方程,计算了Re不同压强下弹性模量、吉布斯自由能、焓、熵、热容和体膨胀系数随温度的变化关系。结果表明:采用八阶Birch-Murnaghan方程拟合得到的Re压强-体积曲线与实验测量结果吻合较好;计算的零压下吉布斯自由能、焓、熵、热容和体膨胀系数随温度的变化均与实验值符合较好;在零压,50、100、150和200GPa压强下,Re的弹性模量和吉布斯自由能随温度升高而减小;焓、熵随温度升高而增加;Re的电子等容热容随温度线性增加,晶格振动等容热容在低温下符合3T幂次规律并随温度增加而迅速增大,且在高温时逐渐接近Dulong-Petit极限;预测的德拜温度约为430K,与实验结果一致。     

无定形石墨砂在铜合金铸造中的应用研究

石墨砂是一种新型的铸造用砂，研究了石墨砂对铸铜合组织与性能的影响，并将石墨将应用于青铜阀体铸件生产中，取得了良好的效果。     

第一性原理计算压力对高熵合金AlCoCrCuFeNi的影响

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA),用虚拟晶体近似(VCA)的方法建立晶体结构模型,计算了高熵合金Al Co Cr Cu Fe Ni在不同压力影响下的结构性能,弹性能及压力作用下的结构相变。计算结果表明,随着压力的增大,高熵合金Al Co Cr Cu Fe Ni的晶格常数减小而密度增大。高熵合金Al Co Cr Cu Fe Ni只在fcc结构下才符合力学稳定性条件,而在bcc结构下不符合,体积模量随压力的增大而增大。高熵合金Al Co Cr Cu Fe Ni大约在21 820 GPa压力下会由fcc结构转变为bcc结构。     

基于第一性原理计算的镍基单晶高温合金掺杂的机器学习研究

高温合金的成分设计对其力学性能有至关重要的影响。多种掺杂合金元素的占位构型数量巨大,第一性原理计算成本很高。利用机器学习可加速第一性原理计算对镍基单晶高温合金中掺杂元素占位的研究。使用支持向量回归(SVR)和随机森林(RF)方法构建机器学习模型,对γ相和γ'相中11种合金元素(M=Al,Co,Cr,Hf,Mo,Ni,Re,Ru,Ta,Ti,W)的单位点置换能(E_(SS))和局部平均键长变化(Δd)分别进行独立预测。结果显示:随机森林方法整体优于支持向量回归,对W、Co、Mo、Re、Cr和Hf等元素的置换能预测平均绝对误差小于300 me V,对Ni、Ta和Ru元素的预测误差在300～500 me V之间,对Ti和Al元素的预测误差大于500 me V;对Δd的预测误差均在10-3量级。证明了基于第一性原理计算的机器学习模型可以对合金新掺杂元素的局部能量和结构变化进行预测,有助于指导多组元合金的成分设计。     

第一性原理方法研究CrTe电子结构性质

使用基于局域密度近似的密度泛函方法,对闪锌矿结构和纤锌矿结构的CrTe进行模拟计算,通过对它们的磁学性质、态密度、能带结构以及部分电荷密度分析发现：这两种结构的CrTe都是半金属铁磁体,原胞的总磁矩分别为4μB和8μB．它们的半金属带隙为0．73eV和0．84eV。除此之外,还发现,半金属性质主要来源是Cr3d电子自旋交换劈裂和它与Te5p电子的强杂化。     

基于第一性原理的金属导热性能研究

基于第一性原理提出了一种纯金属热导率的高效计算方法。引入常弛豫时间近似,应用密度泛函理论(DFT)与最大局域化Wannier函数(MLWFs)方法求解金属材料的电子热导率,简化了电子热导率的计算流程;在计算声子热导率时,将Birch-Murnaghan状态方程与Debye模型引入Slack方程,提高了声子热导率的计算效率。采用本方法计算了Al、Mg、Zn 3种材料在300~700 K温度范围内的电导率和热导率,计算值与实测值吻合良好,验证了计算方法的准确性。结果表明,材料的电子和声子的结构是影响热导率的关键因素,在金属材料的导热过程中,电子始终发挥着主要的输运作用,并且随着温度的升高,电子热导率占总热导率的比率也逐渐上升。     

超细钨铜合金粉末在金刚石工具中的应用研究

采用超细钨铜合金粉末和单质钨、铜粉末热压烧结成两组金刚石胎体块,利用硬度计,排水法,万能实验机,扫描电镜和锯切实验等测试分析手段分别分析测量了胎体的硬度、致密度、抗弯强度、断口形貌和锯切性能。实验结果表明:在高钨基胎体配方中添加超细钨铜合金粉末比添加单质钨、铜粉末可以显著提高胎体的硬度10 HRB左右,改善胎体合金使之均匀化,在本实验配方中,干切硬花岗岩时,高钨基胎体配方中添加超细钨铜合金粉末比添加单质钨、铜粉末切割平稳,形成胎体和金刚石有效的磨损匹配,可以显著提高工具的使用寿命30%左右。烧结温度范围内,添加合金粉的胎体抗弯强度均比添加单质钨、铜粉末低100 MPa左右,这主要是使用的超细钨铜粉末的氧含量较高所致。     

Ni-Cu合金力学和热力学性质第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用CASTEP和DMol3程序软件包研究了Ni_xCu_((1-x))(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1)合金的力学性能和热力学性质。计算了合金的弹性常数、体模量(B)、剪切模量(G)、Young's模量(E)、Poisson比(v)、熵(S)、焓(H)、比热容(C)及吉布斯自由能(G)。结果表明:Ni-Cu固溶体都是延性相,Ni_(0.9)Cu_(0.1)抗变形能力、硬度最高,其次是Ni_(0.8)Cu_(0.2),然后是Ni_(0.1)Cu_(0.9)。而延展性和塑性Ni_(0.1)Cu_(0.9)最好,其次是Ni_(0.9)Cu_(0.1),说明Ni_(0.1)Cu_(0.9)、Ni_(0.9)Cu_(0.1)综合力学性能最好。随着温度的升高,Ni_xCu_((1-x))(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1)合金体系的熵和焓都增大;比热容先增大,逐渐趋于一个定值。Gibbs自由能随着温度的升高而降低,表明温度升高,体系的热稳定性增强;且在同一温度下,随着Cu含量的升高,自由能依次减小,热稳定性增强。     

基于第一性原理掺磷石墨烯材料特性研究

采用第一性原理计算方法,研究了单层掺P石墨烯(P-SLG)能带结构及光学性质。结果表明,P-SLG能带带隙打开,由金属性质转变为半导体性质。P-SLG光吸收谱在2.57×10~4cm~(-1)、8.23×10~4cm~(-1)和1.15×10~5cm~(-1)处主要有3个峰值,在1.145 12×10~5cm~(-1)处达到最大值。反射谱与吸收谱峰值相对应,在1.15×10~5cm~(-1)处达到最大值,当频率大于1.5×10~5cm~(-1)时,反射率不再发生变化。P-SLG电导率实部在8.23×10~4cm~(-1)处达到最大值,峰值为1.5;虚部在1.15×10~5cm~(-1)处达到最大值,峰值为1.25;当频率大于1.5×10~5cm~(-1)实部和虚部无明显变化。     

表面强化技术及其在铜合金中的应用

铜及铜合金表面改性研究的重要性,在于在不改变铜基体各项性能的基础上,采用各种表面技术改善或提高材料的表面性能,从而增强耐磨性、耐腐蚀性,延长使用寿命,提高经济效益。本文讨论了铸渗法、表面内氧化、爆炸喷涂、辉光离子渗钛、激光熔覆在铜及铜合金中的应用,其中重点探讨了激光熔覆在铜合金表面改性中的应用,并对激光熔覆在铜及铜合金中应用中出现的问题以及今后发展的方向进行了详细的论述。     

第一性原理计算Cu元素含量对高熵合金AlCoCrCu_xFeNi的影响

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA),用虚拟晶体近似(VCA)的方法建立晶体结构模型,计算了高熵合金AlCoCrCuxFeNi的结构性能、弹性性能和生成热。计算结果表明,高熵合金的密度随Cu元素摩尔含量的增大而增大,晶格常数在Cu元素摩尔含量为1.5时最小。Cu元素的摩尔含量并不能改变高熵合金AlCoCrCuxFeNi的力学稳定性。生成热随着Cu元素摩尔含量的增大而减小,但皆为负值。表明高熵合金AlCoCrCuxFeNi在热力学条件下是稳定的。     

铱与铜、硅、金的微观性质第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对铱、铜、硅、金的力学性质、电子结构等进行了计算分析。铱的塑性和非金属硅非常相似,和同为fcc结构的铜和金相差很大。计算了铱低指数晶面的派纳力和其电子密度分布,铱的电子结构复杂,存在各向异性,以致不同晶面派纳力差别很大,容易造成位错塞积。金和铜的电子云分布均匀,而铱和硅的电子云极化严重,这使得其塑性变形非常困难。     

镀锌钢-6016铝合金激光焊接组织性能与第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe8Al8及(Fe7X)Al8(X=Pb,Sn,Ti,Cu,Mn,Si,Zn)超胞模型的弹性模量与电子结构,在分析合金化元素改善FeAl金属间化合物力学性质的基础上,选取降低脆性效果较好的Cu和最好的Pb,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行加入中间夹层Cu和Pb的激光搭接焊试验。结果表明:FeAl金属间化合物为脆性相,其电子结构根源在于Fe的sd态与Al的sp态存在电子轨道杂化,为明显的共价键特征;FeAl合金化后,脆性降低,相应脆性由低到高的顺序为(Fe7Pb)Al8、(Fe7Sn)Al8、(Fe7Ti)Al8、(Fe7Cu)Al8、(Fe7Mn)Al8、(Fe7Si)Al8、(Fe7Zn)Al8、Fe8Al8,Pb合金化降低脆性效果最好,激光搭接焊加入中间夹层Pb,钢侧母材与焊缝界面区由母材侧较大晶粒和焊缝的细小晶粒交错形成,熔池金属与母材铝之间没有明显的分界线,焊接接头界面熔合良好;与未加夹层相比,加入中间夹层Cu和Pb后,焊接接头力学性能提高,其中Pb的作用优于Cu的,试样断口均具有韧性断裂特征。