高压下Ni3Al热力学性质的第一性原理研究

运用第一性原理方法结合准谐Debye-Grüneisen模型研究了高压下Ni3Al的热力学性质,拟合了Ni3Al的状态方程,计算了不同压强下Ni3Al的弹性模量及吉布斯自由能等热力学性质随温度的变化关系. 计算结果表明：采用七阶Birch-Murnaghan方程拟合的晶格常数与实验测量结果吻合较好;零压下弹性模量、吉布斯自由能、焓、熵、热容和体膨胀系数随温度的变化与实验值符合较好;在特定压强下,Ni3Al的弹性模量和吉布斯自由能随温度升高而减小,焓、熵随温度升高而增加;预测的德拜温度约为500K,与实验值符合较好.     

第一性原理研究Ni_3Al_(1-x)V_x(x=0-0.4)的力学和热力学性质

采用第一性原理方法研究了Ni_3Al_(1-x)V_x(x=0-0.4)的力学性质,发现当V含量为0.1时,Ni_3Al_(1-x)V_x的块体模量、剪切模量、杨氏模量和硬度都出现极大值,因此V掺杂对于Ni_3Al力学性能的提升具有重要作用.另外,还研究了不同压强下Ni_3Al_(0.9)V_(0.1)的吉布斯自由能、焓、熵、热容等热力学性质随温度的变化关系,结果表明:在高温高压条件下,Ni_3Al_(0.9)V_(0.1)的吉布斯自由能、焓、熵、定压热容都出现明显变化.通过计算Ni_3Al_(0.9)V_(0.1)的体膨胀系数,发现压强对于Ni_3Al_(0.9)V_(0.1)的体膨胀效应具有明显的抑制作用.     

第一性原理研究Ir的热力学和弹性性质

基于准谐近似理论,运用第一性原理投影缀加波方法研究了Ir的热力学和弹性性质,得到Ir的声子谱、状态方程、热容、熵、焓和线膨胀系数,以及弹性常数、弹性模量、剪切模量和杨氏模量随温度的变化关系.结果表明,计算的Ir声子谱和有限的实验测量结果一致;考虑电子对体系自由能贡献后计算的热容、熵、焓和线膨胀系数与实验值符合较好;在2600 K时,Ir的电子定压热容占总定压热容的17％,因此在高温时电子对Ir定压热容的贡献是不能忽略的;理论预测的Ir室温下的弹性常数、弹性模量、剪切模量、杨氏模量和实验值测量值基本吻合,并随温度的增加而逐渐减小.     

第一性原理研究Ir的热力学和弹性性质

基于准谐近似理论,运用第一性原理投影缀加波方法研究了Ir的热力学和弹性性质,得到Ir的声子谱、状态方程、热容、熵、焓和线膨胀系数,以及弹性常数、弹性模量、剪切模量和杨氏模量随温度的变化关系. 结果表明,计算的Ir声子谱和有限的实验测量结果一致;考虑电子对体系自由能贡献后计算的热容、熵、焓和线膨胀系数与实验值符合较好;在2600K时,Ir的电子定压热容占总定压热容的17%,因此在高温时电子对Ir定压热容的贡献是不能忽略的;理论预测的Ir室温下的弹性常数、弹性模量、剪切模量、杨氏模量和实验值测量值基本吻合,并随温度的增加而逐渐减小.     

临界点附近H2气体的焓和熵的热力学计算

采用热力学方法和Benedict-Webb-Rubin(BWR)方程及相应的参数,计 算了临界温度附近H2气体的绝对焓和熵值,同时拟合了一组高准确度的定压比热容与温度 关联式参数.通过计算值与实验值的比较发现:在临界温度以上,计算值与实验值符合良好 ,对低于临界温度的未饱和H2气体也能计算出较好了结果.但对临界点和温度低于临界温 度、压强高于临界压强的过饱和H2气体的计算误差比较大,说明此时的H2气体的热力学性质特别,应当专门处理.     

二元Ni-Al合金极端条件下的弹性和热力学性能：全电子准谐波近似 cited: 1)

通过在原子尺度上建模来研究Al、NiAl和Ni₃Al合金在极端高温和高压下的点阵常数、弹性常数、弹性模量、泊松比和弹性各向异性因子等性质．计算得到的弹性常数均满足相应的力学稳定条件．由于NiAl和Ni₃Al具有较高的B=G值,在0～30 GPa内都属于延展性材料．通过包含电子热运动对体系吉布斯自由能贡献的全电子准谐近似方法,得到了高温高压下Al、NiAl和Ni₃Al合金的热膨胀系数、体积模量、热容和熵等．计算值与已有的实验值和理论值符合较好     

Thermodynamic Calculation on the Formation of Titanium Hydride

从钛氢化物的组成元素的基本性质出发,利用修正的Miedema生成热模型,对TiHx (1≤x≤2)的标准焓变行了计算. 采用量子力学和统计热力学的方法,计算出了TiH2的振动和电子熵,提出了一种计算TiH2标准熵变的方法. 结果表明,TiHx的标准焓变值随着x的增加呈线性关系减少. 计算得到的TiH2在298.16 K时的标准焓变值、标准熵变值以及吉布斯自由能分别为-142.39 kJ/mol、-143.08 J/(mol?K)和-99.75 kJ/mol. 计算结果与文献中实验或理论计算得到的结果均符合较好,表明所提出的钛氢化物的热力学模型是可行的.     

高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.     

高压下硫化钙的弹性和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法结合准谐德拜模型研究NaCl结构的CaS在高压下的弹性和热力学性质.计算得到的零温零压下的晶格常数、体弹模量与实验值符合得很好.弹性常数和弹性模量随着压强的增大而增大.压强对体弹模量和热膨胀系数的影响大于温度的影响.热容随压强的升高而降低,在高温下热容接近于Dulong-Petit极限.通过求解Gibbs自由能计算得到B1结构和B2结构CaS的相变压为36.61 GPa.     

铝热力学特性的晶格动力学研究

在准谐近似下,利用准谐德拜模型通过亥母霍兹自由能构造出了铝在低于熔点温度范围内的物态方程和热力学特性。研究表明,在广泛的温度和压强范围内,铝的体积弹性模量和对应体积与有效的实验值一致,且其静态物态方程以及不同温度和压强下的热容量、熵、热膨胀系数等热力学特性也与有效的实验结果符合的很好。     

反钙钛矿结构RE_3AlC热物理性质理论研究

结合第一性原理和准谐德拜模型计算了RE_3AlC(RE=Sc、Y及镧系稀土)系列具有反钙钛矿结构碳化物的德拜温度、格律乃森常数、体积模量、自由能、比热容等热物理性质随着温度和压强变化的趋势。结果表明RE_3AlC碳化物的比热容、体积模量以及吉布斯自由能等随温度和压强变化的总趋势相似,其中RE_3AlC碳化物的体积弹性模量随着温度的升高而逐渐减小,同时随着压强的增加而增大;吉布斯自由能都随着温度的升高而降低,其中Sc_3AlC化合物的自由能最低,而Yb_3AlC化合物的自由能最高,表明Sc_3AlC化合物最稳定,而Yb_3AlC化合物稳定性最低;等容比热容随着温度和压强的变化在0-300 K温度段内变化较大,随后趋于平缓逐渐趋于杜隆.帕蒂极限值。     

金红石→萤石TiO2相变的第一性原理计算

利用第一性原理平面波密度泛函理论并结合准谐德拜模型,对TiO₂从金红石结构到萤石结构的相变进行理论研究.依据焓相等原理,得到TiO₂从金红石结构到萤石结构的相变压强为45.32 GPa,并通过吉布斯能的计算发现相变压强随温度的增加而增加,运用拟合的方法估计实验条件下的相变压强(温度为1900-2100K时,P_t=47.604~47.756 GPa).运用等吉布斯能原理,得到零压下从金红石到萤石结构TiO₂的相变温度为2029 K.计算结果与实验及其他理论值相符,并通过准谐德拜模型成功获得相变前后的结构和热力学性质,如相对体积、热膨胀系数、热容和德拜温度等.     

Berthelot流体的热力学性质和参数解

研究了Berthelot流体的热力学性质.导出了单原子Berthelot流体Helmholtz自由能、熵、吉布斯函数、内能和焓;求得了Berthelot流体两相共存的的参数解,并用参数解讨论了Berthelot流体的相图和热力学量在临界点的行为及其相关性质.本文的研究为符合Berthelot流体的物质提供了热力学及其相变的解析理论.     

高温高压下合金碳化物Fe3Mo3C热力学性质的第一性原理计算

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe₃Mo₃C的热力学性质.在压强范围为0～40 GPa和温度范围为0～1200 K的条件下,Fe₃Mo₃C的体积比V/V₀、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大. Fe₃Mo₃C的热容C_v、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.     

四方、单斜和正交Ge3N4的结构、电子结构和热力学性质

数值计算了四方、单斜和正交结构Ge₃N₄的点阵常数、晶胞体积、弹性模量、维氏硬度和态密度.计算结果与已有的实验数据和理论值符合得很好.形成焓为负、晶格形变和晶胞体积随压强呈线性变化,表明三种相在0~20 GPa压强范围内可以保持结构稳定.态密度研究表明三种氮化锗内部存在强烈的s-p杂化.三种相都属于脆性半导体材料,具备各向异性且硬度适中.采用包含原子振动和非谐效应的准谐波近似方案,研究材料的热力学性质,发现压强对赫姆霍兹自由能和内能有显著影响.结果为进一步理解氮化锗三种新结构的电子结构和热力学性质提供初步的物理图像.     

四方、单斜和正交Ge_3N_4的结构、电子结构和热力学性质（英文）

数值计算了四方、单斜和正交结构Ge_3N_4的点阵常数、晶胞体积、弹性模量、维氏硬度和态密度.计算结果与已有的实验数据和理论值符合得很好.形成焓为负、晶格形变和晶胞体积随压强呈线性变化,表明三种相在0~20 GPa压强范围内可以保持结构稳定.态密度研究表明三种氮化锗内部存在强烈的s-p杂化.三种相都属于脆性半导体材料,具备各向异性且硬度适中.采用包含原子振动和非谐效应的准谐波近似方案,研究材料的热力学性质,发现压强对赫姆霍兹自由能和内能有显著影响.结果为进一步理解氮化锗三种新结构的电子结构和热力学性质提供初步的物理图像.     

密度泛函理论研究LiX(X=H,D,T)体系的热力学性质

运用量子力学从头计算方法,计算了氢化锂(氘化锂、氚化锂)分子的部分热力学函数和力学、光谱学性质。基于准简谐Debye模型,计算了固体Li的振动内能、振动和电子熵,探讨了Li吸收氢同位素气体生成一氢化物的反应熵变、生成焓变和生成Gibbs自由能及氢同位素的平衡离解压。结果显示:在Li吸收同位素气体生成一氢化物的反应中,生成焓变和反应熵变均为负值,且随温度升高,绝对值越大,Gibbs自由能则向正的方向增加。热力学上,在相同温度和压力下,氢置换一氢化物中的氘和氚、及氘置换氚的反应更易发生。     

MgCu4Sn型稀土镁合金相力学和热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了典型立方结构合金相LaMgX4(X=Co, Ni, Cu)的力学特性和热力学特性。根据广义胡可定律计算了合金相的单晶弹性常数;根据单晶弹性常数和Hershey’s averaging方法计算了合金相的多晶弹性模量、泊松比、Zener各向异性因子和德拜温度。采用基于准谐近似的Gibbs2代码计算了LaMgX4(X=Co, Ni, Cu)合金相的吉布斯自由能、熵和等体热容与温度的关系。LaMgNi4的计算结果与其他文献计算结果及实验结果符合的很好。结果表明：LaMgX4 (X= Co, Ni, Cu)合金均为延展性、塑性和弹性各向异性材料。德拜温度按以下顺序递减：LaMgNi4>LaMgCu4>LaMgCo4。     

ZrV2结构、弹性和热力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平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.     

纳米多晶体的热力学函数及其在相变热力学中的应用

以往关于纳米材料热力学的研究，绝大多数以界面的热力学函数表征整体纳米材料的热力学性质，这种近似处理，对于尺寸超过几十纳米的较粗纳米材料，在相变热力学中对特征转变温度和临界尺寸等重要参量的预测，将导致很大误差. 应用“界面膨胀模型”和普适状态方程，研究了纳米晶界的热力学特性，进一步发展了纳米晶整体材料热力学函数的计算模型，给出了单相纳米多晶体的焓、熵和吉布斯自由能随界面过剩体积、温度，以及晶粒尺寸发生变化的明确表达式. 以Co纳米晶为例，分析了界面与整体纳米多晶体热力学函数的差异，确定了相变温度与晶粒尺寸的依赖关系，以及一定温度下可能发生相变的临界尺寸. 关键词： 纳米多晶体 热力学函数 相变热力学