铜锑钢抗氧化性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和具有三维周期性边界条件的超胞模型,结合VASPsol隐式溶剂模型,计算了O原子在α-Fe(100)纯表面及铜锑掺杂表面的吸附能、功函数和bader电荷等,分析了Sb和Cu掺杂对铜锑钢抗氧化性能的影响。结果表明：Sb和Cu共掺能明显减弱基体对O原子的吸附,提高含氧环境中表面电子稳定性。Sb和Cu共掺杂的协同作用促进了大量含锑氧化物和少量含铜氧化物的形成,并抑制了含铁氧化物生成。     

金属Zr中O原子扩散的第一性原理研究

由于锆合金在冷却剂缺失事故中的行为与O在锆合金中的性质密切相关,采用第一性原理计算方法研究了O原子在金属Zr中的基本热力学稳定性和扩散性质。研究表明:O原子在hcp-Zr超胞中的八面体间隙、四面体间隙以及空位这3种位置的占位中以八面体间隙位最稳定;空位的存在会提高间隙O原子的稳定性,O原子处于空位的第三近邻位置时比第一和第二近邻位置更稳定; O原子在八面体间隙位之间扩散与在四面体间隙位之间扩散的难易程度接近。     

取向硅钢中铜硫化物析出形式的第一性原理研究

利用Materials Studio软件中CASTEP模块对含铜取向硅钢中可能形成的Cu_(1.8)S、Cu_2S和CuS三种铜硫化物的结构及其形成热进行第一性原理研究。另外,对含铜取向硅钢中的析出相进行了透射电镜(TEM)实验研究。计算结果表明,Cu_(1.8)S、Cu_2S和CuS三种铜硫化物的形成热分别是-97.759 4、-1.205 5和-0.969 9 e V,表明Cu_(1.8)S具有最强的形成能力,在取向硅钢中最容易优先析出的铜硫化物为Cu_(1.8)S。TEM实验结果表明,在Cu含量为0.48%的取向硅钢中的析出相是立方结构的Cu_(1.8)S,呈细小颗粒状沿晶界析出。     

镀镍界面吸附能与电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对Ni在Fe(100)、Fe(110)和Fe(111)表面吸附前后的能量和电子特性进行研究,计算了Ni在这3个高对称晶面上的吸附能、最小能量结构参数、电荷密度、电荷布居和态密度等数据.结果表明:Ni在3个晶面的H位吸附最稳定,吸附能和吸附强度取决于表面结构.对比3个晶面H位的吸附能、吸附结构及电荷布...     

铟掺杂二氧化锡透明导电性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的赝势平面波法,对一系列掺杂In含量不同的SnO2(ITO)的电子结构进行第一性原理研究。结果表明:随着铟含量的增加,ITO的禁带宽度逐渐增加,导电性能逐渐降低,其中铟含量为6.25%(原子分数)的禁带宽度约为0,ITO导电性最佳;当ITO薄膜厚度为1μm时,通过掺杂能够有效地提高其透明度,在可见光光谱中铟含量为6.25%的ITO透过率最佳。     

铈和铂掺杂钙钛矿催化剂的第一性原理研究

用醇盐法制备了铈和铂元素掺杂的钙钛矿催化材料。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对材料进行了表征。结果表明,催化材料颗粒均匀,直径约30 nm,以钙钛矿(CaTiO3)和烧绿石(Ca2Ti2O6)共存,铈和铂元素分散均匀并形成掺杂的固溶体结构。构建了Pt(111)和铂铈原子替代钛原子的钙钛矿掺杂模型,并采用基于密度泛函理论的第一性原理对CaTixPtyCezO3材料的形成能、态密度和吸附性能进行了对比研究。结果表明,CaTi0.9Pt0.05Ce0.05O3对NH3的吸附能与Pt(111)最接近,掺杂使体系吸附能降低,有利于氨氧化催化的吸附和脱附。     

原子层沉积技术改性CrN硬质涂层性能的第一性原理研究

目的 基于密度泛函理论的第一性原理,对原子层改性氮化铬(CrN)涂层的关键性能进行仿真计算,以充分了解涂层微观组织结构演变和微观界面结构本质,为后续原子层沉积CrN工艺研究提供理论指导.方法 通过建立CrN(011)-CrN(011)复合体系模型,分析计算了涂层的界面性能、弹性性能及热力学性能.结果 模型结构经过优化后,各原子层间间距均发生不同程度的减小,且各层间距趋于一致.态密度分析表明:其优良的结构稳定性主要来自6.4～4.8 eV范围内Cr原子3d轨道和N原子2p轨道间的相互作用;基于应力应变的弹性常数满足波恩准则判定依据,力学性能稳定,计算结果为硬度30.29 GPa,体积模量409.83 GPa,剪切模量270.86 GPa.采用NVT系综模拟,当温度T≤1023 K时,温度波动振荡收敛;当温度T>1023 K时,温度在某个时间点瞬时激增而不收敛,可以得出CrN涂层的极限使用温度为1023 K.结论 原子层沉积改性的CrN硬质涂层具有优良的界面相容性,成键强度高,界面能低,结构性能稳定.     

Mo掺杂对TiAl合金物性影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了金属元素Mo掺杂对TiAl合金体系力学性能的影响。根据计算得到的不同浓度掺杂体系的晶格常数、弹性常数、体弹模量及剪切模量发现,Mo掺杂能较好地改善TiAl合金的延性。从Mo掺杂后TiAl体系的分波电子态密度和电荷密度图,发现Ti原子的s、p、d电子均与邻近的Mo原子发生强烈的s-s、p-p、d-d电子相互作用,有效地束缚了合金中Ti和Al原子的迁移,有助于提高合金的稳定性和强度。     

间隙原子对α-Ti理论强度和体积模量影响的第一性原理理论研究

采用第一性原理的离散变分原子簇方法计算了α-Ti+间隙原子体系的电子结构、总能及结合能.研究了结合能随单胞体积的变化规律,依据此规律研究了间隙原子对α-Ti体积模量和理论强度的影响.计算结果显示结合能随间隙原子B,C,N及O的固溶而降低,但随H原子的固溶而增加.C,N及O增加体积模量和理论强度,而H和B则降低体积模量和理论强度.     

空位缺陷及B掺杂石墨烯吸附Co2+的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了本征石墨烯、硼掺杂石墨烯、空位缺陷石墨烯、空位硼掺杂石墨烯对Co²⁺离子的吸附作用。通过计算、分析上述不同石墨烯模型吸附Co²⁺后几何结构、吸附能、电荷转移量及能带结构的变化,发现本征石墨烯与Co²⁺虽能发生吸附,但吸附效果差;硼掺杂与空位缺陷使石墨烯与Co²⁺之间的吸附能增大,并使石墨烯能带产生带隙,显著提高了石墨烯对Co²⁺的吸附性。吸附后的体系态密度分析表明,三种改性石墨烯均与Co²⁺的态密度曲线发生明显重叠,表明相互之间发生了化学吸附。其中空位缺陷石墨烯对Co²⁺的吸附性能最优,其次是空位硼掺杂石墨烯,表明空位缺陷石墨烯和空位硼掺杂石墨烯可作为Co²⁺的检测和吸附去除材料。     

In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜形成的第一性原理计算

目的 采用第一性原理计算In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜的形成机制,以为在金基合金中掺杂元素,促进表面氧化膜生成提供理论依据。方法 基于构建适用于第一性原理计算、原子比Au:Cu:Ni=9:5:2的晶体结构模型,对In掺杂AuCuNi体系模型的稳定性、偏析特性以及吸附特性进行计算。结果 In原子替代掺杂AuCuNi合金(111)面中各元素后形成新的AuCuNiIn表面,掺杂形成能均为负值,这说明In替位AuCuNi合金(111)面中任何一个原子都会促进AuCuNi表面的稳定性。当In替位掺杂AuCuNi表面第一层的Ni原子时,稳定性提升最大,掺杂形成能为–1.326 eV;当In替位掺杂AuCuNi表面第三层的Ni原子时,掺杂形成能最大为?0.503 eV,这表明当In原子掺杂到该位置时,体系稳定性的提升最小。通过偏析能的计算发现,掺杂后的In有向其他位点偏析的趋势,最易向偏析能最小的位点偏析,即向表层Ni原子偏析,偏析能为?0.739 eV。因此,使In原子替位掺杂第一层的Ni原子,形成最稳定的AuCuNiIn表面结构。此外,通过在AuCuNiIn表面吸附氧原子和计算吸附能发现,当原子顶位吸附时吸附能都比较高,这说明Au、Cu、Ni原子都不易在顶位吸附氧原子,其中T3(Au)位点的吸附能为0.034 eV,其值大于0,说明Au原子的顶位不会自发地吸附氧原子。表层原子中吸附能最低的几个位点H3(?3.571 eV)、H1(?3.462 eV)、B2(?3.021 eV)的氧原子均与In原子成键,这说明In原子附近更易吸附氧原子。最后,通过电荷差分密度图和布居分析,发现O原子与周围其他原子有明显的电荷转移,并与In原子、Cu原子和Ni原子形成键。这进一步表明O原子与周围原子发生化学反应,提高了材料表面的稳定性,证实了吸附能计算的准确性。结论 基于以上计算分析得出In原子的掺杂可以有效促进AuCuNi表面氧化膜的形成。通过第一性原理计算预测了元素掺杂对材料表面性能的影响,为掺杂促进材料表面氧化膜的形成提供了一定的理论参考。     

锆合金氧化膜中氢吸附行为的第一性原理研究

采用第一性原理计算研究了锆合金氧化膜中氢的吸附行为,并着重分析了晶界的氢吸附。结果表明:氧化膜晶界比晶内更容易吸附氢,氢以原子或分子形式被晶界吸附。随着晶界吸附的氢含量增加,晶界吸附氢的能力逐渐减弱,表明氧化膜晶界的氢吸附量有限,这与Sundell等的试验结果一致。最后,从电子层次揭示了晶界吸附氢的微观机制。     

锡基巴氏合金中锑铜分方法的研究

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)检测锡基巴氏合金薄片样品中的锑、铜含量,每件样品测定4次,采用锑、铜标准溶液和用钇作内标元素绘制标准曲线。结果表明,检测锑、铜元素所采用的波长的线性相关系数均大于0.999 9,测定值的相对标准偏差RSD均小于1%,标准样品GBW02301的测定结果与标准值相符。     

镍基合金广义层错能的第一性原理研究

采用投影缀加波赝势和广义梯度近似方法计算纯镍以及含主要合金元素Cr、Co、Nb、Mo、W、Ru、Re的镍基固溶体合金的广义层错能.计算结果表明:合金元素与镍的原子半径差值△R及价电子数差值△V同时影响镍基固溶体合金的层错能和不稳定层错能,且合金元素对合金层错能的影响更为显著;镍基合金中位错交滑移和攀移能力主要与合金不稳定层错能和层错能的差值有关,其中Re、W和Mo是镍基合金最有效的固溶强化合金元素.     

S掺杂2H-CuGaO2结构与性能的第一性原理研究

基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法,研究不同浓度S掺杂对2H-CuGaO₂能带结构和电子特性的影响规律。结果表明,掺杂后2H-CuGaO₂仍是间接带隙半导体,且带隙值随着掺杂浓度增加而增加;掺杂过程形成费米能级,对2H-CuGaO₂导电性产生影响。     

氯离子环境中掺杂元素对氧化铝表面腐蚀影响的第一性原理研究

铝合金表面改性是提升其耐氯离子腐蚀性能的有效途径,不同合金元素对耐蚀性的影响有差别.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了氯离子环境中Ga和Sn对Al2 O3表面Cl原子吸附行为的影响,并结合电荷和结构分析等讨论了掺杂元素对Al2 O3耐蚀性的影响.结果表明:Ga和Sn不改变Cl原子在Al2 O3表面最稳定的吸附...     

钨中溶质原子铬与空位的相互作用的第一性原理计算研究

钨铬(W-Cr)合金具有优异的物理性能,被认为是面向等离子体材料(PFM)中最有潜力的候选材料。而合金元素对辐照损伤演化过程的影响规律是钨合金优化设计的关键,深入研究溶质原子与辐照缺陷(如：空位)的相互作用有助于理解辐照损伤演化的微观物理机制。本文基于第一性原理方法,对W-Cr合金的溶质原子Cr占位、Cr与空位的相互作用及Cr含量对其影响规律进行了计算研究。发现相比于间隙位置,原子Cr更易占据置换位置,W中溶质Cr有偏聚的趋势;在辐照环境下,空位和自间隙原子均易与溶质原子Cr相结合,易加速W中富Cr相的析出;随Cr含量的增加,体系的形成能线性增加,因而结构越发不稳定。研究还发现超胞中单原子Cr的第二近邻空位的形成能最低,且低于W的本征空位形成能,因而溶质Cr与空位之间存在微弱的吸引;对于同一Cr含量,不同构型的空位形成能及空位和Cr的结合能均不同,且Cr含量越高,数值越分散;随着Cr含量的增加,平均空位形成能及空位与Cr的平均结合能均略有下降,因而溶质原子Cr附近空位更易形成,空位浓度更高,同样也表明溶质Cr与空位有微弱的吸引。这些结论将有助于深入理解W中溶质元素存在条件下辐照缺陷演化过程的微观物理机制。     

铌表面氧吸附和扩散的第一性原理研究

铌(Nb)合金的易氧化问题阻碍其广泛的高温应用.利用第一性原理计算方法在原子层次上研究了Nb表面氧(O)的吸附和扩散行为.计算了O在Nb(110)表面上不同高对称吸附位点的结合能,并分析了覆盖度(θH)对O的结合能的影响.结果表明:Nb(110)表面最稳定的O吸附位点是洞位(3f),O覆盖度的增加使得Nb—O表面体系的...     

5d过渡金属在Ni3Al中掺杂效应的第一性原理研究

5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Ir被广泛地应用于第4、5代镍基单晶高温合金中,但对于其机理却没有系统的理论研究。采用基于密度泛函理论(density functional theory)的第一性原理平面波超软赝势方法研究5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Ir掺杂镍基单晶高温合金γ′-Ni3Al相前后系统的晶格常数、形成热、结合能、态密度、差分电荷密度及电荷布局。计算结果表明:5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Ir掺杂Ni3Al系统后有优先占据Al原子位置的倾向,且与周围的Ni 3d电子和Al 3p电子发生强烈的轨道杂化,使电子被束缚,离域性变小,峰变窄;掺杂前系统中主要是Ni原子与最近的Al原子之间的共价键作用,掺杂后系统中主要是Ni原子与最近的X原子(Hf、Ta、W、Re、Ir)之间的共价键作用,且随原子序数的增大共价键逐渐增强。     

V掺杂Ni3Al点缺陷结构及合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了V掺杂Ni3Al合金的电子结构和点缺陷结构.通过计算与实验结果对比选择了适合Ni3Al合金计算的近似方法,计算了含有各个缺陷的晶胞的晶格常数,形成热和结合能,点缺陷的形成能和平衡浓度,态密度和电荷密度.计算结果表明:Ni3Al合金中反位缺陷较空位缺陷易形成,NiAl是Ni3Al合金中最主要的反位缺陷,Al位最易形成缺陷,在1400 K时,空位缺陷的浓度远远低于反位缺陷的浓度.V加入Ni3Al合金体系中能提高合金的稳定性.