Al、Cr、Fe掺杂对KDP(001)晶面力学性能影响的第一性原理研究

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对KDP(001)晶面及三价金属Al、Cr、Fe掺杂KDP(001)晶面的拉伸、剪切应力-应变曲线进行了模拟研究，并对其理想强度、径向分布函数、电子态密度、电荷密度分布进行了分析。研究结果表明，Al、Cr、Fe掺杂KDP晶体后晶格常数只略微增大，掺杂后费米能级附近主要由掺杂元素的Al-3s、Cr-3d、Fe-3d电子轨道占据，且O-2p轨道向低能级移动，结构变稳定。三种掺杂体系沿001]向和100]向的拉伸、剪切弹性模量、理想强度均高于KDP晶体，而三种掺杂体系的110]向剪切弹性模量、理想强度几乎不变。在001]向拉伸应力作用下，理想及掺杂KDP晶体始终保持四方晶系结构不变。KDP晶体的态密度分布几乎不变，Al、Cr、Fe掺杂体系的O-2p轨道由低能级向高能级移动，结构变得不稳定。100]向和110]向剪切作用下，理想及掺杂体系均由四方晶系转化为单斜晶系。理想及Cr掺杂KDP晶体的态密度分布几乎不变，Al、Fe掺杂体系的O-2p轨道由高能级向低能级移动，结构变稳定。KDP晶体容易沿110]向发生剪切变形。