LaNi5热力学性质的全电子计算

本文利用广义梯度近似(GGA)密度泛函和全势能线性缀加平面波(FLAPW)方法,计算给出了LaNi5和LaNi5H7的晶体结构、生成焓、价电子轨道分布;晶体结构和焓与试验值作了对比,结果合理、可行;La原子与2c格位Ni原子的成键较强于La原子与3g格位Ni原子的成键,所以LaNi5晶体各向异性特征较为明显;并简单分析了这些性质与LaNi5合金的稳定性、循环寿命的关系.     

LaNi5晶体表面态的计算研究

用"团簇埋入自洽计算法"对LaNi5晶体表面进行了全电子、全势场、自旋极化的从头计算.在原子纵向坐标充分弛豫的条件下,得到处于最低基态总能量下LaNi5晶体的非平整表面空间结构及其电子结构.LaNi5晶体最表面La原子向外凸出,Ni原子向里收缩,凹凸不平的表面层增加了表面原子与氢原子的接触面积;而表面层的有效体积增大了约9%,有利于氢原子的进入.LaNi5晶体表面态的费米能量大大高于体材料的费米能量.在费密面上主要是Ni的3d电子,价带未填满,显示金属性.LaNi5晶体表面第一、第二层有1.15个电子从La原子向Ni原子转移,这两层有反向的微小自旋磁矩,从而使表面显示顺磁性.得到了LaNi5晶体表面的价带电子态密度.用过渡态方法计算了LaNi5晶体表面的电离能和电子亲和势.所有计算结果显示:LaNi5晶体表面的性质与体性质显著不同,而与氢化物LaNi5H7的性质非常相近.这说明LaNi5晶体的表面结构有利于氢原子的吸收.     

氦对LaNi5晶体结构的影响及其扩散特性研究

从密度泛函理论为基础的第一性原理出发,运用全势能线性缀加平面波(FLAPW)方法,对氚衰变后氦在合金中的占位以及LaNiHe晶体结构进行了理论计算,并系统给出了氦在间隙间的迁移曲线.结果表明,氦原子在十二面体(1 b)格位最稳定,并且氦从6m格位向1 b格位迁移不存在势垒,而从2d格位向1 b格位迁移则需越过1.55 eV高的势垒.另外,氦从12n格位穿过12o格位最后到达6m格位也无明显势垒存在,并且处于4h格位之间的氦原子可以自由迁移,而相应12n格位之间的直接迁移则需跨越13.6 eV高的势垒.最后还计算给出了氚衰变后合金的态密度、电子密度以及势能分布图,并与相应的LaNi5H结构作了详细比较.     

Al89La6Ni5非晶合金的第一性原理分子动力学模拟

采用第一性原理分子动力学（ AIMD）方法模拟 Al89 La6 Ni5合金的退火过程,结合双体相关函数和配位多面体（团簇）分布分析了体系短程有序结构随温度的演化。结构分析表明,非晶态 Al89 La6 Ni5原子短程有序结构近似密堆排列;在非晶形成过程中,Al 原子周围短程有序结构几乎没有发生变化,而 La 和 Ni原子周围环境发生明显改变,由此推测,La 原子的加入改变了 Ni 原子周围的短程有序结构,因而增加了Al－La－Ni 体系的非晶形成能力;Al 原子和Ni原子间存在Al－Ni共价键作用,电子态密度的计算说明,费米面附近Al－p和Ni－d 之间电子的相互作用是Al－Ni原子间形成局域共价键的原因。     

内掺过渡金属富勒烯衍生物Ni@C20H20几何结构、成键和电磁性质的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Ni@C20H20的几何结构、成键和电磁性质进行密度泛函计算研究.结构优化发现位于偏离笼子中心三种位置处的Ni原子优化之后均回到笼子中心.结合能和能隙分析表明C20H20的中心位置是Ni原子热力学和动力学最稳定的位置.成键分析表明:Ni原子位于C20H20中心时,和C原子之间几乎没有相互作用,保持自己的孤立状态.电磁分析表明:原子磁矩为2μB的Ni原子内掺到C20H20中心后磁性完全猝灭,而本来无磁性的笼子由于与Ni原子之间没有发生电子转移仍然无磁性.     

Al89La6Ni5非晶合金的第一性原理分子动力学模拟

采用第一性原理分子动力学（AIMD）方法模拟 Al89La6Ni5 合金的退火过程，结合双体相关函数和配位多面体（团簇）分布分析了体系短程有序结构随温度的演化. 结构分析表明，非晶态 Al89La6Ni5 原子短程有序结构近似密堆排列；在非晶形成过程中，Al 原子周围短程有序结构几乎没有发生变化，而 La 和 Ni 原子周围环境发生明显改变，由此推测，La 原子的加入改变了 Ni 原子周围的短程有序结构，因而增加了 Al-La-Ni 体系的非晶形成能力；Al 原子和 Ni 原子间存在 Al-Ni 共价键作用，电子态密度的计算说明，费米面附近 Al-p 和 Ni-d 之间电子的相互作用是 Al-Ni 原子间形成局域共价键的原因.     

金属Ni原子对石墨烯生长结构的影响

基于Material Studio软件平台，利用分子动力学方法，对Ni原子与石墨烯层状结构相互作用和晶体结构变化过程进行模拟分析，得到如下结论：低浓度Ni原子会吸附在石墨烯表面层沿边缘生长，活性从中心向边缘逐渐降低，高浓度的Ni原子会溶解到内层石墨烯中.当石墨烯层数增加，附着在表层石墨烯的Ni原子生长排列范围扩大，且在石墨烯表面形成的点阵排列被破坏，附着在内层石墨烯的Ni原子比表层石墨烯Ni原子排列更散乱，同时石墨烯生长结构逐渐出现弯曲；随着层数增多和Ni原子浓度增加，石墨烯的拉伸强度也随之增加，石墨烯生长缺陷的偏转角度也随之增大.通过计算以上结构的径向分布函数(RDF),验证了石墨烯长程有序到短程有序的结构变化过程.     

Ni4NdB电子结构和磁性能第一性原理研究

采用第一性原理,在局域自旋密度近似LSDA及LSDA+U近似,对Ni₄NdB化合物进行结构优化,计算体系晶格常数,电子结构和磁性能.结果表明,Ni₄NdB为带隙很小的金属导体,存在Nd-Ni铁磁耦合,体系总磁矩由Nd原子局域磁矩提供.体系原子成键较为复杂,Nd原子与近邻Ni原子成金属键,Nd原子与近邻B原子成较强离子键,Ni原子与近邻Ni原子间存在间接交换相互作用.在U作用下,体系磁矩与Nd原子磁矩变化一致,Ni原子磁矩在2.75 eV呈现磁有序-磁有序崩溃转变 关键词： 密度泛函理论 电子结构 磁性能 稀土过渡金属间化合物     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

NiAl中Ni空位对杂质C原子的多重俘获及温度效应的第一性原理研究

本文应用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了NiAl金属间化合物中Ni空位对杂质C元素的多重俘获.研究结果表明:在Ni空位存在时,单个C原子最易于存在于空位中心附近的富Ni八面体间隙位置且与邻近的Ni原子和Al原子之间存在共价键形式的相互作用.多个C原子在NiAl中倾向于以"Sequential"的方式被Ni空位俘获,进而形成CnVNi(n=1,2,3,4)团簇.通过电荷密度和差分电荷密度分析得到,当Ni空位俘获多个C原子后,C原子之间有着优先于自身成键的特性.进一步,我们应用热力学模型计算了温度对于C_nV_(Ni)(n=1,2,3,4)团簇浓度及空位浓度的影响.研究表明本征Ni空位的浓度会随着温度的升高而升高.在NiAl金属间化合物中,大多数的杂质C原子会被Ni空位俘获而不是存在于远离Ni空位的八面体间隙位置.由于C原子被Ni空位俘获的过程是一个放热过程,使得体系温度升高,因此会进一步激发更多的Ni空位产生.但是在一定的温度范围内(温度小于700 K时),Ni空位均以C_nV_(Ni)团簇的形式存在.     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

稀土La在α-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了α-Fe的Σ3[110](112)对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在α-Fe中的占位倾向.结果表明,La在α-Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的α-Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定.     

铝含量对LaNi5-xAlx合金氘化与去氘化热力学函数的影响

测定了LaNi5-xAlx(x=0.0、0.1、0.2、0.3)的氘化与去 氘化热力学参数，评价了LaNi5-xAlx中铝含量对氘化与去氘化热力学函 数的影响。研究结果表明，合金的坪台压力和吸氘容量随x的增加而降低；坪率随x 的增加而增加；热力学焓变与熵变随x的增加而减少；滞后系数Hf随x的增加而减少 。     

LaNi4．5Al0．5储氢合金固溶体的第一性原理分析

从第一性原理出发，基于广义梯度近似密度泛函和全势线性缎加平面波方法（FLAPW），对LaNi4．5Al0．5储氢合金固溶体相α-LaNi4．5Al0．5H0.5的晶体结构、电荷密度和态密度等特征进行了研究．对α-LaNi4．5Al0．5H0.5从能量角度计算得出H原子最可能占据6m格位，并给出了态密度（DOS）和电荷密度图，分析了H与Al之间的相互作用，以及H的加入对固溶体性质的影响。计算结果与实验值符合的相当好．     

W_n Ni_m(n+m≤7;m=1,2)团簇电子结构与光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3PW91方法在LANL2DZ基组水平上对WnNim(n+m≤7;m=1,2)团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,得出了它们的基态构型,并对其NBO、振动频率、光谱和极化率进行了理论研究.研究结果表明:W,Ni原子内部杂化现象较强,而在W-Ni原子之间杂化较弱;在W和Ni相互作用形成合金团簇的过程中,发生原子间的电荷转移,使得合金团簇中大多数Ni原子带正电荷W原子带负电荷;从光学上分析显示,W6Ni团簇的IR和Raman谱中的振动峰最多,W5Ni2的IR和Raman谱中的振动峰最强,W2Ni的IR谱中只有一个较强峰值;WnNim(n+m≤7;m=1,2)团簇中原子间的成键相互作用随W成分的增加而增强.     

锂电池正极材料Li(Co,Ni)O2化合物的第一性原理研究

锂离子电池以其高能量存储密度和优良的循环性能而受到广泛关注, 尤其是其正极材料成为储能材料领域的研究热点.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对LiCoO2,LiNiO2和Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物的晶体结构、电子结构、化学键合特性进行了研究. 结果表明：Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物中主要是氧和过渡金属之间成键, 锂原子对晶体总态密度贡献很少. Ni/Co混合后将导致Li(Co0.5Ni0.5)O2中Co的3d轨道和O的2p轨道之间成键得以加强.     

La(BO_2)_3基质中Eu~(3+)的发光性质与晶体结构的关系

采用高温固相反应合成了 (La1-xEux) (BO2 ) 3 ,利用X射线粉末衍射方法确定其晶体结构 ,利用红外光谱探讨了 [BO3 ]单元的聚合情况。根据 (La1-xEux) (BO2 ) 3 所属空间群中等效点系的对称性分析及Eu3 + 的荧光光谱 ,详细地探讨了Eu3 + 的发光性质与其所处格位点对称性的关系。La(BO2 ) 3 ∶Eu3 + 体系中 ,Eu3 + 出现较强的5D0 →7F1磁偶极跃迁 ,因而Eu3 + 主要占据点对称性为Ci 的格位 ,出现的其它跃迁是部分Eu3 + 占据偏离Ci 的格位 ,而并非占据C2 或C1格位 ,另外 ,5D0 →7F4 跃迁发射很强 ,其原因尚不清楚。选择适当的助熔剂可以提高样品的结晶程度 ,有利于Eu3 + 占据严格的Ci 格位 ,增强材料的发光性能。     

LaNi4.5Al0.5储氢合金固溶体的第一性原理分析

从第一性原理出发,基于广义梯度近似密度泛函和全势线性缀加平面波方法(FLAPW),对LaNi4.5Al0.5储氢合金固溶体相α-LaNi4.5Al0.5H0.5的晶体结构、电荷密度和态密度等特征进行了研究.对α-LaNi4.5Al0.5H0.5从能量角度计算得出H原子最可能占据6m格位,并给出了态密度(DOS)和电荷密度图,分析了H与Al之间的相互作用,以及H的加入对固溶体性质的影响,计算结果与实验值符合的相当好.     

锂电池正极材料Li(Co,Ni)O2化合物的第一性原理研究

锂离子电池以其高能量存储密度和优良的循环性能而受到广泛关注, 尤其是其正极材料成为储能材料领域的研究热点.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对LiCoO2,LiNiO2和Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物的晶体结构、电子结构、化学键合特性进行了研究. 结果表明：Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物中主要是氧和过渡金属之间成键, 锂原子对晶体总态密度贡献很少. Ni/Co混合后将导致Li(Co0.5Ni0.5)O2中Co的3d轨道和O的2p轨道之间成键得以加强.     

稀土La对bcc-Fe中Cu扩散行为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,研究了稀土La对bcc-Fe中Cu析出行为的影响.计算了α-Fe中La原子和Cu原子与空位之间,以及La原子和Cu原子之间的点缺陷结合能;在此基础上,讨论了α-Fe中La对Cu扩散激活能的关系.结果表明:La原子与空位之间有较强的相互吸引作用,且对近邻Cu原子也有一定的束缚.此外,La的加入使Cu原子近邻的空位形成能显著升高,这表明La,Cu偏聚区形成空位较为困难.与此同时,由于La原子对近邻空位和Cu原子的吸引作用,使Cu原子向近邻空位跳跃的迁移能有所升高.迁移能与空位形成能变化的计算结果显示,La原子的加入能够使α-Fe中Cu的扩散激活能显著升高,从而延缓了铁素体区富铜相的偏聚和析出.