EuS高压相变及其弹性和热力学性质

采用平面波赝势密度泛函理论,利用第一性原理的方法研究了EuS的晶体结构、高压相变以及弹性性质．计算结果和实验值以及前人利用不同计算模型得到的理论值相吻合．研究了EuS的弹性常数、弹性模量和弹性的各向异性等力学性质随压力变化的趋势．同时研究了泊松比、德拜温度及纵波和横波的弹性波速随压力的变化趋势．基于德拜模型,进而研究了EuS在0～800 K和0～60 GPa下相变前后的热膨胀系数、热熔、Grüneisen参数等热力学性质．     

ZrH_2结构与热力学性质

基于密度泛函理论,采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法和广义梯度近似研究了ZrH2的结构与弹性性质。结果表明:在基态条件下,ZrH2的晶格常数计算值与实验值及其它理论值相当吻合。在考虑声子作用的前提下,采用准谐德拜模型成功获得了不同条件下(0~50 GPa,0~1 300 K)ZrH2的热容、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质。结果表明:定压热容预测值随温度升高而增大,并逐渐接近佩蒂特-杜隆极限;随压强增加,德拜温度呈增加趋势;随温度增加,德拜温度呈减小趋势;在压强一定的条件下,热膨胀系数随温度的升高而增大,且在高温高压条件下,热膨胀系数的增加趋势变缓。     

高压下立方BC_3的力学和热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法,系统地研究了立方BC_3在常压和高压下的晶格常数和力学性质,包括弹性常数、弹性模量和力学各向异性。利用准简谐近似下的德拜模型研究了高温高压条件下的热力学性质。研究结果表明:常压下立方BC_3具有较大的弹性模量和力学各向异性;高压下,立方BC_3的晶格常数、弹性常数和弹性模量显著增加。热力学性质的计算结果表明,立方BC_3具有较高的德拜温度,其摩尔定容热容和摩尔定压热容在高温高压条件下呈现明显的变化。立方BC_3的德拜温度随着压力的增大而增加,但随着温度的增大而明显减小。     

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.     

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.     

压力作用下Mg_2X(X=Si,Ge)相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方法,研究了压力作用下Mg_2Si和Mg_2Ge的结构、弹性和热力学性质。计算结果表明:0GPa压力作用下两者的晶格参数与实验值以及其他理论值吻合较好,且相对晶格常数a/a_0和晶胞体积V/V_0均随压力的增大而减小;在0~25GPa压力作用下,Mg_2Si和Mg_2Ge相体模量B、剪切模量G、杨氏模量E均随压力的增大而增大,材料的刚度和塑性均增强,当压力达到15GPa时,材料由脆性转变为延性。最后借助准谐德拜模型和Gibbs软件,研究了温度与压力对Mg_2Si和Mg_2Ge的德拜温度、体模量、热容和热膨胀系数的影响。     

高压下Ni_3Al热力学性质的第一性原理研究北大核心CSCD

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.     

温度和压强对金属化合物Co_2Zr和Co_2Ti的结构和热力学性质影响的研究

基于平面波赝势密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算了高温高压下金属化合物Co_2Zr和Co_2Ti的结构和热力学性质.Co_2Zr和Co_2Ti均为立方晶体,且结构类型为Cu2Mg结构.通过计算得出的晶格参数跟实验值符合较好.用准谐德拜模型计算了Co_2Zr和Co_2Ti的热力学性质.在0~100 GPa的压强和0~1500 K的温度作用下,两种物质的德拜温度Θ,热容CV,热膨胀系数α随压强和温度的变化而变化.随着压强的增大,德拜温度单调的增加;相同压强下,Co_2Ti的德拜温度始终大于Co_2Zr.热容CV和热膨胀系数α均随温度的增加而增加,增大压强时反而减小,说明减小温度和增大压强对CV以及α有相同的影响.     

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.     

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.     

First-principles investigation on the structural and elastic properties of cubic-Fe_2 TiAl under high pressures

The structural, elastic, and thermodynamic properties of cubic-Fe 2 TiAl under high temperatures and pressures are investigated by performing ab initio calculation and using the quasi-harmonic Debye model. Some ground state properties such as lattice constant, bulk modulus, pressure derivative of the bulk modulus, and elastic constants are in good agreement with the available experimental results and theoretical data. The thermodynamic properties of Fe 2 TiAl such as thermal expansion coefficient, Debye temperature, and heat capacity in ranges of 0 K-1200 K and 0 GPa-250 GPa are also obtained. The calculation results indicate that the heat capacities at different pressures all increase with temperature increasing and are close to the Dulong-Petit limit at higher temperatures, Debye temperature decreases with temperature increasing, and increases with pressure rising. The cubic-Fe 2 TiAl is stable mechanically under 250 GPa. Moreover, under lower pressure, thermal expansion coefficient rises rapidly with temperature increasing, and the increasing rate becomes slow at higher pressure.     

高压下Ti_2AlX(X=C,N)的结构、力学性能及热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了压力对Ti_2AlC与Ti_2AlN结构、力学性能的影响.研究发现压力的增大会使体系的体积比降低,Ti_2AlC压缩性较Ti_2AlN好.力学性能研究发现,压力的增大使材料抵抗变形能力增强,体系的延展性有了很大的提升,当压力超过40 GPa后,Ti_2AlC与Ti_2AlN从脆性材料转变为延性材料,体模量与剪切模量的比值达到1.75,延展性有了很大的提升.通过准谐德拜模型,分析了压力与温度对Ti_2AlC与Ti_2AlN体模量、热容及热膨胀系数的影响.结果表明,随着温度的升高,Ti_2AlN与Ti_2AlC的体模量下降.定容热容与定压热容的变化趋势相同,但在高温下,定容热容遵循Dulong-Petit极限,温度对热容的影响效果较压力明显.温度与压力对Ti_2AlN与Ti_2AlC线膨胀系数的影响主要发生在低温区域.     

Mechanical,electronic and thermodynamic properties of TE-C36 under high pressure

The structural parameters, mechanical, electronic and thermodynamic properties of TE-C36 under high pressure were calculated via the density functional theory in combination with the quasi-harmonic Debye model. The results show that the pressure has significant effects on the equilibrium structure parameters, mechanical, electronic and thermodynamic properties of TE-C36. The obtained ground state structural parameters are in good agreement with previous theoretical results. The mechanically and dynamically stable under pressure were confirmed by the calculated elastic constants and phonon dispersion spectra. The elastic constants, elastic modulus, B/G ratio, Poisson’s ratio and Vicker’s hardness were determined in the pressure range of 0–100?GPa. The elastic anisotropy of TE-C36 under pressure are also determined in detail. The electronic structure calculations reveal that TE-C36 remains a direct band gap semiconductor when the pressure changes from 0 to 100?GPa, and the band gap decreases with increasing pressure. Furthermore, the pressure and temperature dependence of thermal expansion coefficient, heat capacity and Debye temperature are predicted in a wide pressure (0–90?GPa) and temperature (0–2500?K) ranges. The obtained results are expected to provide helpful guidance for the future synthesis and application of TE-C36.     

Ab initio predicted elastic and thermodynamic properties of Imm2-BN under high pressure

The structural parameters, elastic constants, thermodynamic properties of Imm2-BN under high pressure were calculated via the density functional theory in combination with quasi-harmonic Debye approach. The results showed that the pressure has the significant effect on the equilibrium lattice parameters, elastic and thermodynamic properties of Imm2-BN. The obtained ground state structural parameters are in good agreement with previous theoretical results. The elastic constants, elastic modulus, and elastic anisotropy were determined in the pressure range of 0–90?GPa. Furthermore, by analyzing the B/G ratio, the brittle/ductile behavior under high pressure is evaluated and the elastic anisotropy of the Imm2-BN up to 90?GPa is studied in detail. Moreover, the pressure and temperature dependence of thermal expansion coefficient, heat capacity, Debye temperature, and Grüneisen parameter are predicted in a wide pressure (0–90?GPa) and temperature (0–1600?K) ranges. The obtained results are expected to provide helpful guidance for the future synthesis and application of Imm2-BN.     

CaS电子结构和热力学性质的第一性原理计算

根据密度泛函理论,采用平面波赝势和广义梯度方法,计算了Ca S的晶体结构和电子结构.通过准谐徳拜模型预测了硫化钙的体积变化率、体弹模量、热膨胀系数分别与温度和压强的变化关系,以及热容和温度的变化关系.     

Thermal expansivity and bulk modulus of ZnO with NaCl-type cubic structure at high pressures and temperatures

The thermal expansivity and bulk modulus of ZnO with NaCl-type cubic structure were estimated by using the constant temperature and pressure molecular dynamics technique with effective pair potentials which consist of the Coulomb, dispersion, and repulsion interaction at high pressures and temperatures. It is shown that the calculated thermodynamic parameters including linear thermal expansion coefficient, isothermal bulk modulus and its pressure derivative are in good agreement with the available experimental data and the latest theoretical results. At an extended pressure and temperature ranges, linear thermal expansion coefficient and isothermal bulk modus have also been predicted. The thermodynamic properties of ZnO with NaCl-type cubic structure are summarized in the pressure 0–150 GPa ranges and the temperature up to 3000 K.     

高温条件下Ga3PO7晶体热学及声表面波性质的理论研究

高温压电晶体是许多机电器件必需的一种多功能材料, Ga₃PO₇晶体的居里温度高达1364 ℃, 可应用于高温极限条件. 但是预测高温极限条件下晶体的结构以及物理性质的问题采用实验研究的手段非常困难, 而理论上的预测未见研究. 本文采用密度泛函-准谐振近似理论计算了温度在0-1200 ℃范围内Ga₃PO₇ 晶体的结构常数和热学性质, 结果表明Ga₃PO₇晶体的晶格常数a和c随温度的升高呈线性增大, 且c方向受温度影响更为显著; 晶体的密度随温度的升高而减小, 计算的a 和c方向平均热膨胀系数分别为1.67×10^-6 K^-1和3.58×10^-6 K^-1, 高温区定压热容为2.067 J/g·K, 与实验值一致. 计算了从常温到高温下该晶体的弹性常数以及体弹性模量的变化, 研究了高温条件下的声表面波特性, 发现随着温度的升高, 声表面波速度浮动较小, 而机电耦合系数略有增大; 在传播角为151° 时该晶体具有较好的温度稳定性且机电耦合系数达到最大值, 这表明Ga₃PO₇ 晶体是一种有望应用于高温环境下的压电晶体.     

高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法研究了高压下超导材料 ErNi₂B₂C 的弹性性质、电子结构和热力学性质.分析表明, 弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显. 电子态密度(DOS)的计算结果显示, 在费米能级(E_F)处的 DOS 峰随外界压强的增大显著降低, 由于 ErNi₂B₂C 相对较高的超导温度(T_c)起因于E_F处的 DOS 峰, 因此推测压强增大可能会降低 ErNi₂B₂C 的 T_c.类似的现象在超导材料 MgB₂和 SrAlSi 中已被发现.此外, 基于准谐德拜模型, 对 ErNi₂B₂C 在高温高压下的热力学性质的研究表明, 在一定范围内, 温度和压强将对其热膨胀系数和热容产生明显的影响. 关键词： 高压 弹性性质 电子结构 热力学性质