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.     

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。     

点缺陷和Nb掺杂对α-Zr弹性模量各向异性影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了点缺陷和Nb原子掺杂对α-Zr力学性质的影响。结果表明,单空位引入使得α-Zr的剪切模量增大,Nb原子掺杂使得α-Zr的剪切模量下降。通过计算含不同点缺陷的α-Zr三维杨氏模量,得到点缺陷引入和Nb掺杂均会使α-Zr结构的各向异性减弱,从而可以在一定程度上缓解因各向异性导致的锆合金辐照效应。     

第一性原理研究点缺陷对B2结构NiAl合金性能的影响（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了含点缺陷结构NiAl晶胞的形成热、形成能、点缺陷平衡浓度、力学性能、电子结构等。将NiAl与其他B2结构的金属间化合物进行对比,发现NiAl拥有更好的塑性和成键强度。根据形成热、形成能和点缺陷平衡浓度的计算结果,发现Ni反位和空位缺陷是NiAl晶胞结构中主要的点缺陷。通过Pugh(G/B_0)和Cauchy(C_(12)–C_(44))准则预测出Ni空位和反位缺陷、Al反位缺陷能够提升NiAl合金的脆性,其中Ni空位缺陷作用最明显;而Al空位缺陷能够改善NiAl合金的塑性,但在NiAl合金中的浓度很低。态密度计算结果发现NiAl合金具有良好的导电性能,Ni空位缺陷、Al空位和反位缺陷能够提升NiAl合金的稳定性。     

金属间化合物L1_0-TiAl点缺陷浓度的第一原理

采用第一原理平面波赝势方法,结合Wagner-Schottky缺陷热力学模型,研究金属间化合物L10-TiAl中各种空位和反位点缺陷的形成焓、热力学平衡浓度及其相互作用等。结果表明:这些缺陷的热力学平衡浓度均随温度的升高而增大,其中反位缺陷浓度均高于空位缺陷浓度,Ti空位浓度高于Al空位浓度。在理想化学计量比成分下,Ti反位缺陷的浓度与Al反位缺陷的基本相当;在略偏离计量比的富Ti成分端,Ti反位缺陷的浓度高于Al反位缺陷的;在富Al成分端则相反。不同点缺陷之间均普遍存在相互排斥性,难以聚集,将倾向于向基体中分散和扩散。     

Cu掺杂对TiO_2性质影响的第一性原理研究

得到了锐钛矿TiO_2半导体的原胞结构,用Cu原子置换TiO_2原胞中的钛原子,并进行几何优化。通过对能带、态密度的分析,发现在掺杂Cu后,禁带宽度和价带均变窄,导带变宽,价带在费米能级附近出现特别的峰。掺Cu入TiO_2中不仅由Cu的3d态电子产生了杂质能级,同时引起了TiO_2的晶格畸变,光催化性能增强,光响应范围扩展至668.2 nm。     

压力下金属化合物MgZn_2和Mg_2Y力学性能的第一性原理研究

为了研究压力对Mg-Zn-Y合金性能的影响,利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了Mg-Zn-Y合金中金属化合物MgZn_2和Mg_2Y在0～40 GPa的高压环境下的力学性能,以及MgZn_2和Mg_2Y的晶胞参数。结果表明,Mg_2Y在高压环境下比MgZn_2易于压缩。基于弹性常数Cij的研究结果,分析了MgZn_2和Mg_2Y的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)、泊松比(ν)、各向异性指数(A)等力学参数。结果表明,MgZn_2和Mg_2Y在高压环境下均表现出塑性特征和延性特征以及良好的力学性能;进一步分析表明MgZn_2的抗剪切能力、抵抗外力变形能力、刚度等性能要优于Mg_2Y。随着压力的增加,MgZn_2的塑性和延性同时降低,而Mg_2Y的塑性与延性呈现增强趋势。     

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.     

L12-Al3Li金属间化合物点缺陷浓度的第一原理计算

运用第一原理平面波赝势方法计算L12-Al3Li金属间化合物点缺陷的形成焓,并结合Wagner–Schottky模型,研究L12-Al3Li金属间化合物在523、673、823和1 000 K时点缺陷浓度与成分之间的关系。结果表明:在这4个温度下,L12-Al3Li金属间化合物中Al空位浓度最小,Li空位浓度次之,Al反位和Li反位的缺陷浓度较大。Al反位和Li反位缺陷浓度在理想金属间化合物Al3Li化学计量比成分处基本相同,不过两种反位的缺陷浓度随着合金成分相对于化学计量比成分的偏离而变化显著,在富Al端Al反位缺陷浓度较大,在富Li端Li反位缺陷浓度较大。运用Arrhenius方程计算点缺陷的有效形成焓,结果显示Al反位和Li反位的有效形成焓较小且基本相同,Li空位次之,Al空位最大。     

Co对ZrMn2合金贮氢性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,计算了ZrMnu2-xCo2(x=0,0.5,0.75)合金及氢化物的电子结构和生成焓.晶胞体积、生成焓的计算值随Co含量的变化趋势与实验测定结果一致.计算结果表明: Zr4d轨道在Fermi能级处的态密度,H-Zr(2)与H-Mn(6h)的相互作用强度是决定氢化物稳定性的主要因素;合金ZrMn2-xCox的晶胞体积与6h位置原子间相互作用随着Co含量的增加而变化,是影响合金平台氢压的重要因素.     

微合金化对铝钢合金金属间化合物的第一性原理研究

材料的电子态密度对材料的导热及原子之间化学键连接具有重要的影响,文中采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,计算了合金元素(Cr,Mn,Mo,Ni,Ti,V和Zn)的掺杂对FeAl3电子特性的影响,以及Fel2Al39,(Fe10X2)Al39(X=Cr,Cu,Mg,Mn,Mo,Ni,Si,Ti,V,Zn)和Fe...     

过渡金属掺杂对LiNH_2释氢性能影响的第一性原理研究

运用第一性原理和密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,计算研究了过渡金属M(=Ti,V,Mn,Co)替代Li NH2中的部分Li原子对Li NH2的晶体结构、结合能、电子结构和空位形成能的影响。结果表明,部分Li原子被替代后,Li(M)NH2材料的稳定性均降低,同时N-H键能变弱且容易断裂,可释放出H原子。计算得到Li(M)NH2/M(=Ti,V,Mn,Co)的空位形成能分别为1.365、0.829、0.486和–0.079 e V。过渡金属元素M替代Li原子导致Li(M)NH2解离H原子的能量降低,使得其释氢性能得到提高,其中Li(Ti)NH2材料比Li(V)NH2、Li(Mn)NH2、Li(Co)NH2材料的释氢性能要强。     

TiF_3对MgH_2体系解氢热力学影响的第一性原理研究

基于TiF_3作为催化剂提高MgH_2解氢性能的实验结果,采用基于密度泛函理论的Dmol3程序包,计算从MgH_2体系中移走H原子所需能量及几何、电子结构的改变,探讨TiF_3对MgH_2体系解氢热力学影响及提高其解氢性能的机理。结果表明:Ti替代Mg,体系中Ti—H的成键作用比Mg-H强,Ti将MgH_2中的H吸附到其周围,导致MgH_2中Mg周围的H减少;创造Mg空位,随着温度的提高,体系中H—H之间的键长变短,两者情形均利于提高MgH_2体系的热力学行为。创造Mg空位所需能量(6.65 eV)高于Ti替代Mg的能量(2.34 eV),表明低温下,Ti替代Mg对MgH_2体系解氢更为有利,至此TiF_3中的Ti替代MgH_2中的Mg,利于加快化学反应的进行,使结构稳定的MgH_2发生转变,生成结构不稳定的Ti H2,这样体系解氢过程不是通过MgH_2,而是转化为Ti H2进行,因此TiF_3可提高MgH_2体系的解氢性能。     

RuB2结构与硬度的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了RuB2六方结构和四方结构的晶体结构、弹性模量和电子结构.通过理论计算发现这两种结构的晶格参数和晶胞体积与实验值比较吻合,说明计算结果合理可信.计算的弹性模量显示这两种RuB2结构表现出优异的力学性能,通过电子结构的计算发现在Ru与B原子之间主要是以Ru的4d和B2p电子轨道上的电子杂化并形成了Ru-B共价键.在基态下RuB2主要以四方结构稳定存在.     

Mg-Er金属间化合物稳定性与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法优化Mg-Er合金体系中MgEr、Mg2Er和Mg24Er5这3种金属间化合物的结构模型,通过形成热、结合能和电子结构的计算分析了化合物的稳定性与其晶体结构的内在联系。结果表明:3种Mg-Er金属间化合物的形成热和结合能均为负值,化合物的形成能力和稳定性均随着化合物中Er含量的降低而降低。在费米能级低能级区域,Mg的3s、2p轨道与Er的4f、5d轨道发生重叠,产生了轨道杂化;在费米能级高能级区域,Mg的2p轨道与Er的5d轨道也存在少量的杂化。随着化合物中Er含量的降低,化合物中平均每个原子在费米能级低能级处的成键电子数减少,化合物的稳定性降低。在Mg、Er原子周围均有大量的电荷存在,呈典型的金属键特征,Mg、Er之间的电子云只有部分重叠,交界处电荷的畸变不大。Mg-Er金属间化合物的价键结合具有金属键和共价键两重性,其中金属键占主导地位。Mg、Er原子的电荷转移量随化合物中Er含量降低而减少,化合物的共价键性降低,稳定性下降。     

合金元素对Laves相TaCr_2相稳定性影响的第一性原理

采用第一原理计算预测了X(X为Ru、V和Nb)在Laves相C15-TaCr_2中的择优占位,并从电子结构与能态结构上初步分析了合金化后的相稳定性。结果表明,Ru和V原子倾向于优先占据TaCr_2中Cr原子的晶格位置,Nb原子则倾向于优先占据Ta原子的晶格位置;通过分析态密度可知,添加Ru和V元素降低了C15-TaCr_2的相稳定性,而Nb元素则提高C15-TaCr_2相的稳定性。     

Ti掺杂对VH2电子结构影响的第一原理研究

采用密度泛函理论 (DFT)第一性原理的平面波超软赝势方法,对Ti掺杂VH2的超晶胞体系进行了几何结构优化。结果表明,随着Ti掺杂量的增加,V1-xTixH2晶胞参数逐渐增大,体系的总能量逐渐增大,体系的稳定性逐渐减弱,有利于改善放氢性能。对V1-xTixH2 (x = 0, 0.13, 0.30, 0.48, 0.65, 1)的电子态密度、净电荷、键级以及电子密度进行了计算和分析。计算结果表明： 随着Ti掺杂量的增加,V的净电荷逐渐增加,而H的净电荷逐渐减少,V-H的离子性相互作用增强,共价性相互作用减弱;在VH2中掺杂一定量的Ti以后,V-H之间的键级增大,V-H之间的相互作用增强,从而改善吸氢性能。当Ti含量大于0.48时,V-H之间的键级反而减小,V-H之间的相互作用减弱,合金的吸氢性能降低     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。