Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构和力学性质的第一性原理计算（英文）

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、电子结构和力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3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γ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,3种金属间化合物中,Mg3La的硬度最大,Mg2Y的熔点最高。     

Mg-Al-Sn-Y合金中二元相的电子结构与弹性性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了Mg-Al-Sn-Y合金中Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y相的结构稳定性、电子结构和弹性性能等。合金形成热△H和结合能E_(coh)的计算结果表明,Al_2Y相具有最强的合金化能力与体系结构稳定性。电子结构的分析结果解释了这3种金属间化合物的结构稳定性机制和脆性本质。计算出了Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相的3个独立的弹性常数,并进一步得出了体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等。分析表明Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相均为脆性相,其中Al_2Y最脆且最硬。     

RhZr相结构稳定性和电子结构性质的第一性原理研究

用第一性原理计算研究RhZr两种晶体结构的结构稳定性和电子结构性质。采用基于第一性原理的平面波赝势法,分别用局域密度近似和广义梯度近似法,对晶体原子的结构进行优化,并分别对正交晶系RhZr和立方晶系RhZr的基态性质,如晶格参数、能态密度、形成能以及形成焓等进行计算。计算结果表明：正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更容易生成,而且生成的正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更稳定。能态密度计算结果表明：立方晶系RhZr比正交晶系RhZr稳定,是因为在立方晶系RhZr中不仅存在Rh？Zr还存在Rh？Rh或者Zr？Zr之间的相互作用键。由态密度分析还可看出,在费米面附近Rh的4d轨道与Zr的4d轨道存在较强的轨道杂化。     

RhZr2电子结构和弹性性质的第一性原理

通过基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)的第一性原理(First Principles),分别应用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算四方晶相RhZr2基态的电子结构和弹性系数矩阵。对四方晶相结构的RhZr2进行几何优化,对其能带结构、总态密度和分态密度以及差分电荷密度进行研究,并计算RhZr2晶体的原胞总能量与形成焓。计算得到RhZr2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44、C66分别为195.38、176.80、109.00、235.65、11.12、24.51GPa,体积模量为156.92(±2.22)GPa,在[100]、[010]和[001]方向上的杨氏模量分别为34.77、34.77、171.80GPa,切变模量Gxy、Gzx、Gzy分别为24.79、14.57、19.68GPa。     

Mg-Ti-H体系电子结构与光学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赝势平面波方法,对不同Ti含量的MgxTi(1-x)H2(x=0.25,0.5,0.75,0.875)体系的电子结构进行研究,并预测其光学性质。电子态密度计算结果表明:在MgH2中加入Ti原子,使MgxTi(1-x)H2体系呈现金属特性,这源于Ti诱导费米能级处电子密度增加和费米能级附近能隙消失。电荷密度分析进一步得到了Ti-H原子间形成比Mg–H原子间更强的共价键的成键本质。光学性质预测结果表明,MgxTi(1-x)H2体系中Ti含量对其可见光能量附近的光学性质存在重要影响,较低Ti含量(如Mg0.875Ti0.125H2)不利于提高其可见光的吸收能力,而较高Ti含量(如Mg0.25Ti0.75H2)则对可见光的反射较高。计算结果为制备具有优良的太阳光吸收能力和光电转化效率的Mg-Ti-H光电材料提供了理论依据。     

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。     

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。     

CdO电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了岩盐、氯化铯以及纤锌矿构型CdO的体相结构、电子结构和能量等属性.利用精确计算的能带结构和态密度,从理论上分析了CdO材料基态属性及其化学和电学特性,理论结果与实验结果相符合,这为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制这一类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

Fe、La掺杂LiNbO3电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究本征LiNbO3晶体以及Fe、La掺杂LiNbO3的电子结构及光学性质.计算LiNbO 3晶体在不同掺杂体系下的折射率、反射率、吸收函数、能量损失谱以及光电导率等光学性质.结果表明:本征LiNbO 3晶体没有磁性,但可以通过Fe原子的诱导产生自旋极化.Fe掺杂LiNb...     

Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物的电子结构和力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物Mg2Si,Mg2Ca,Al2Ca以及Si2Ca四相的形成焓,结合能,弹性常数及态密度。形成焓和结合能的计算结果表明:Al2Ca的合金化能力最强,Si2Ca相的结构最稳定;体模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)和泊松比(ν)的计算结果表明:四相均为脆性相,且Mg2Si相的塑性最差,结合弹性模量和态密度分析,得出Mg2Ca的塑性最好;态密度和Mulliken布居分析表明:四相中均存在离子键和共价键,共价键由强到弱顺序为Si2Ca,Al2Ca,Mg2Si,Mg2Ca;而离子键强弱顺序按Mg2Si,Al2Ca,Si2Ca,Mg2Ca依次递减;而Si2Ca最稳定的原因是其共价键比其他三相更强。     

zA62镁合金中AB_2型金属间化合物的结构稳定性与弹性性能的第一原理计算

采用基于密度泛函理论Castep和Dmol程序软件包, 计算了ZA62镁合金中AB₂型金属间化合物 MgZn₂, Mg₂Sn和MgCu₂的结构稳定性、弹性性能与电子结构. 合金形成热和结合能的计算结果显示:  Mg₂Sn具有最强的合金化形成能力, 而MgCu₂结构最稳定; 体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(ν)的计算结果表明: MgZn₂和MgCu₂为延性相, 而Mg₂Sn为脆性相, MgZn₂的塑性最好; 采用弹性常数、体模量和结合能的经验公式计算金属间化合物的熔点, 实验值均在采用弹性常数(±300 K)和体模量(±500 K)计算熔点预测的范围内, 采用弹性常数比采用体模量和结合能预测熔点的平均相对误差小, 其中采用弹性常数计算Mg₂Sn的熔点与对应的实验值十分接近, 相对误差仅为0.31%. 不同温度下热力学性质的计算结果表明, 在298-573 K温度范围内, MgCu₂的Gibbs自由能始终最小, 其结构热稳定性最好, 结构稳定性的强弱顺序并不随温度的升高而消失; 而对MgZn₂和Mg₂Sn, 以475 K为临界, 结构稳定性的强弱顺序随温度的升高发生了变化; 态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明: MgCu₂ 结构最稳定的原因主要在于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的离子键作用.     

Al_2Sr和Mg2sr相结构稳定性与弹性性能的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP和DMOL程序软件包,计算了Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr柏的结构稳定性、弹性性能和电子结构.合金形成热和结合能的计算结果显示,Al_2Sr具有最强的合金化形成能力和结构稳定性.Gibbs自由能的计算结果表明,随着温度的升高,Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr的结构稳定性发生了变化,在实际工作温度高于423 K以上时,Al_2Sr的结构稳定性最好,Sr合金化Mg-Al基合金形成Al_2Sr有利于提高镁合金的高温抗蠕变性能.体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(v)的计算结果表明,Mg2Sr为延性相,而Mg_(17)Al_(12)和Al_2Sr为脆性相,Mg_2Sr的塑性最好.态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明,Al_2Sr结构最稳定的原因主要源于体系存在强烈的共价键作用,而Mg_(17)Al_(12)结构隐定性优于Mg_2Sr是体系中离子键与共价键共同作用的结果.     

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。     

First principles calculation on ternary stannide phase narrow band gap semiconductor Na2MgSn

The electronic structures, chemical bonding, elastic and optical properties of the ternary stannide phase Na₂MgSn were investigated by using density-functional theory (DFT) within generalized gradient approximation (GGA). The calculated energy band structures show that Na₂MgSn is an indirect semiconductor material with a narrow band gap 0.126 eV. The density of state (DOS) and the partial density of state (PDOS) calculations show that the DOS near the Fermi level is mainly from the Na 2p, Mg 3p and Sn 5p states. Population analysis suggests that there are strongly bonded Mg-Sn honeycomb layers in Na₂MgSn. Basic physical properties, such as lattice constant, bulk modulus, shear modulus, elastic constants c_ij were calculated. The elastic modulus E and Poisson ratio v were also predicted. The results show that Na₂MgSn is mechanically stable soft material and behaves in a brittle manner. Detailed analysis of all optical functions reveals that Na₂MgSn is a better dielectric material, and reflectivity spectra show that Na₂MgSn promise as good coating materials in the energy regions 6.24–10.49 eV.     

镍基合金TLP扩散焊接头中二元共晶沉淀相Ni-M(B、Si、Zr和Hf)的性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势计算方法,计算了Ni-M(B、Si、Zr和Hf)二元共晶沉淀相(Ni2B、Ni3B、Ni3B2、Ni23B6、Ni3Si、Ni5Zr和Ni5Hf)的相稳定性、弹性常数、硬度及相应的电子结构.相稳定性计算结果表明,二元共晶沉淀相结构稳定性变化趋势由高到低的顺序为Ni3Si、Ni5...     

First-Principles Phase Stability Calculations of Pseudobinary Alloys of (Al,Zn)3Ti with L 12, D 022, and D 023 Structures

The thermodynamic and mechanical stability of intermetallic phases in the Al₃Ti-Zn₃Ti pseudobinary alloy system is investigated from first-principles total energy calculations through electronic density-functional theory within the generalized gradient approximation. Both supercell calculations and sublattice-cluster-expansion methods are used to demonstrate that the addition of Zn to the Al sublattice of Al₃Ti stabilizes the cubic L1₂ structure relative to the tetragonal D0₂₂ and D0₂₃ structures. This trend can be understood in terms of a simple rigid-band picture in which the addition of Zn modifies the effective number of valence electrons that populate bonding and anti-bonding states. The calculated zero-temperature elastic constants show that the binary end members are mechanically stable in all three ordered phases. These results point to a promising way to cost effectively achieve the stabilization of L1₂ precipitates in order to favor the formation of a microstructure associated with desirable mechanical properties. This article was presented at the Multi-Component Alloy Thermodynamics Symposium sponsored by The Alloy Phase Committee of the joint EMPMD/SMD of The Minerals, Metals, and Materials Society (TMS), held in San Antonio, TX, March 12-16, 2006, to honor the 2006 William Hume-Rothery Award recipient, Professor W. Alan Oates of the University of Salford, UK. The symposium was organized by Y. Austin Chang of the University of Wisconsin, Madison, WI, Patrice Turchi of the Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, and Rainer Schmid-Fetzer of the Technische Universitat Clausthal, Clauthal-Zellerfeld, Germany.