NiTi合金的第一性原理研究

采用第一原理平面波方法,计算了NiTi合金B2相的体相性质,如晶格常数,形成能和结合能,弹性常数,计算的结果和实验数据以及别人的计算结果符合得很好.其次,计算了NiTi(100),(110)表面的几何结构和电子结构,计算结果表明,(100)表面具有表面振荡现象,(110)表面产生了表面波纹,最外层的Ti原子相对理想表面向真空层移动了0.198?,Ni原子向表面内移动了0.122?.比较表面的电子结构,NiTi(100)表面Ti端位较Ni端位更容易发生反应,而(110)表面较体相更稳定. 关键词： NiTi 第一性原理 电子结构 表面     

Ni与钇稳定的氧化锆(111)表面相互作用以及界面活性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了Ni原子在钇稳定的氧化锆(YSZ)(111)和富氧的YSZ(YSZ+O)(111)表面不同位置的吸附, 以及CO和O₂分子在Ni₁(单个镍原子)/YSZ和Ni₁/YSZ+O表面吸附的几何与电子结构特征. 结果表明: 1) 单个Ni原子倾向于吸附在O原子周围, 几乎不吸附在Y原子周围, 且Ni原子在氧空位上吸附最稳定; 2)和YSZ相比, 单个Ni原子在YSZ+O表面易发生氧化现象, Ni原子失去1.06 e电子, 被氧化成了Ni⁺, 吸附能力更强; 3)被氧化的Ni催化活性大幅下降, 大大减弱了表面对O₂和CO等燃料气体的吸附作用.     

Xe原子吸附对GaAs(110)表面重构的影响

基于第一性原理的自洽场密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA),利用缀加平面波加局域轨道(APW+lo)近似方法，建立了五层层晶超原胞模型，模拟了GaAs(110)表面结构和单个Xe原子在其表面的吸附.利用牛顿动力学方法，对GaAs(110)表面原子构形的弛豫和Xe原子在GaAs(110)表面的吸附进行了计算.从三种不同的初始构形出发，即Xe原子分别在Ga原子的顶位，As原子的顶位以及桥位，都发现Xe原子位于桥位时体系能量最低.由此，认为Xe原子在GaAs(110)表面的吸附位置在桥位，并且发现吸附Xe原子后GaAs(110)表面有趋向于理想表面的趋势，表面重构现象趋于消失，表面原子间键长有一定的恢复,这与理论预言相符合. 关键词： 密度泛函理论 表面结构 APW 表面原子吸附     

乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附结构的研究

采用平面波赝势方法，利用基于从头计算的软件包，对乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附的问题进行了计算. 在低覆盖度时，孤立的乙烯分子的吸附能比密集时高，乙烯分子的C-C 轴大致沿衬底的Ni原子链方向(即沿［110］晶向)，C-C轴与衬底Ni(110)表面有12°的倾斜角，乙烯分子的C—C键的键长为 0.147nm. 乙烯分子中接近顶位的C原子与衬底中距离最近的Ni原子为0.199nm. 在高覆盖度时，乙烯分子在Ni(110)表面上形成c(2×4)再构，每个表面二维元胞中有两个乙烯分子，每个乙烯分子的吸附位置与低覆盖度时相似，而C—C键长比低覆盖度时要短. 乙炔基是乙烯在Ni(110)表面上分解的产物. 关于乙炔基的计算结果表明：乙炔基的两个C原子的间距为0.131nm，比乙烯分子中C原子的间距更短. 与乙烯分子相比，乙炔基的吸附位置更靠近顶位. H原子与吸附在顶位上的C原子相连接，C—H键也大致沿衬底的Ni原子链方向，与Ni表面呈45°的倾斜角. 关键词： 乙烯和乙炔基 平面波赝势方法 吸附几何结构     

Ti原子在Al(110)表面吸氢过程中催化作用的第一性原理研究

运用第一性原理方法对H₂分子在Ti掺杂和纯的Al(110)表面的吸附情况进行了研究,发现有Ti原子掺杂时,存在一个H₂分子的吸附路径,即位于Al(110)面顶位Ti原子上方的H₂分子会发生解离,并与Ti原子形成TiH₂分子,然后TiH₂分子向能量更低的空位移动并接近Al(110)表面.态密度与电荷布居分析显示,吸附完成后H原子与表面Al原子存在较强的共价键作用,这为Al-H类物质及Na_{3 关键词： 钛 吸附 解离能 第一性原理}     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO2(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势:O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti1.和Ti2空位的产生均使OI自发地与周围的O原子团聚,OI原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti2缺陷几乎对晶格结构没有产生影响.对TiO2(101)面上可能出现的几种点缺陷的形成能进行了计算,结果表明:在还原性气氛下,虽然Tii2和VOI缺陷均容易出现,但Tii2缺陷的形成能比VOI缺陷更低;而在氧化性气氛下,表面的OI和VTil缺陷较容易出现.最后,为了比较各种缺陷结构的稳定性,还计算了几种典型表面缺陷的形成焓.     

Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO2/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO2中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明:Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利于促进NiTi合金抗氧化性能的提高.     

Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb掺杂对TiO₂/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO₂/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO₂中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明：Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利 关键词： NiTi金属间化合物 2/NiTi界面')" href="#">TiO₂/NiTi界面 电子结构 第一性原理计算     

甲醇分子在金红石TiO2(110)和锐钛矿TiO2(001)表面吸附和反应的活性位点

通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO₂(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)两种表面的活性位点． 在金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O₂和CO₂分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点．在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H₂O和O₂分子均不易在这些Ti原子上吸附．经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H₂O和O₂分子表现出明显的活性． 锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面．     

NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析

采用X射线衍射和X射线光电子能谱实验手段对不同厚度的NiTi薄膜相变温度的变化进行了分析.结果表明在相同衬底温度和退火条件下,3?μm厚度的薄膜晶化温度高于18?μm厚度的薄膜.衬底温度越高,薄膜越易晶化,退火后薄膜奥氏体相转变温度As越低.薄膜的表面有TiO₂氧化层形成,氧化层阻止了Ni原子渗出;膜与基片的界面存在Ti₂O₃和NiO.由于表面和界面氧化层的存在,不同厚度的薄膜内层的厚度也不同,因而薄膜越薄,Ni原子的含量就越高.Ni原子的含量的不同会影响薄膜的相变温度. 关键词： NiTi合金薄膜 X射线衍射 相变 X射线光电子能谱     

过渡金属Cu、Cr掺杂TiO2表面氧化性气体NO2光学气敏传感特性

采用密度泛函理论（DFT）体系广义梯度近似（GGA）第一性原理平面波超软赝势方法,分析锐钛矿型TiO₂（101）表面吸附NO₂分子光学气敏传感的微观机理.结果表明：Cu和Cr原子易于掺入TiO₂（101）表面,掺杂表面能稳定地吸附NO₂分子且吸附后光学性质发生显著变化.表面吸附NO₂分子后,Cu掺杂TiO₂（101）表面对分子的吸附能最大,吸附后结构更稳定,分子与表面的距离最短.通过分析差分电荷密度和电荷布居数发现,NO₂分子与基底表面间发生电荷转移,转移电子数目：Cu掺杂表面 > Cr掺杂表面 > 无掺杂表面.对比吸收光谱和反射光谱发现,在Cu掺杂表面吸附分子后,光学性质变化最明显,说明表面与吸附分子间氧化还原能力是决定光学气敏传感性能的核心因素.在过渡金属中,Cu与Cr都有4s价电子结构,其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性,增加了其还原性.对于氧化性气体,可以提升表面与分子的氧化还原作用,而Cu的4s电子更加活泼,从而光学气敏传感特性更加明显.因此,Cu掺杂的TiO₂对氧化性气体是一种较好的光学气敏传感材料.     

Na and K on Al(100) studied by low-energy electron diffraction and high-resolution core-level spectroscopy

The temperature effects on sub-monolayers of V deposited at the TiO₂(001) surface have been studied by ultraviolet and X-ray photoelectron spectroscopies, UPS and XPS, from 300 up to 623 K.

V coverages, Θ_v, between 0.2 and 0.7 monolayers (ML) were deposited by an e-beam evaporator at 300 K. The V 2p_3/2 core line region exhibits two well-defined components whose relative intensity depends on Θ_v. These two components, assigned to different oxidation states of V, are correlated with two features, with a dominant V 3d character, detected within the TiO₂(001) band gap of the UPS valence band spectra.

UPS and XPS measurements performed after in-situ thermal treatments show unambiguous and reproducible changes of these spectral components. After annealing at 623 K only the higher binding energy component is present in the V 2p_3/2 spectra; the Ti 2_p core lines recover the typical symmetry of the clean and stoichiometric TiO₂(001) surface and the higher binding energy feature only is detected in the TiO₂ band gap. These data suggest that, within the volume probed by XPS and UPS, Ti ions have a mainly d⁰ configuration, while V has a single and stable open-shell configuration, as revealed by the significant intensity detected within the TiO₂ band gap. These annealing-induced changes are due, as suggested by the O 1s/Ti 2p core line intensity trend, to an oxygen diffusion from the TiO₂ bulk to the surface. Finally, a detailed analysis of the data indicates that different V/TiO₂(001) interfaces exhibit different behaviours after annealing treatments, depending on Θ_v. For Θ_v = 0.7 ML, V interdiffuses into the TiO₂ sub-surface layers, whereas for Θ_v = 0.2 ML it remains at the surface. This finding is consistent with a rearrangement of V atoms. which under annealing occupy first the energetically most favorable surface sites (Θ_v = 0.2 ML) before interdiffusing into the TiO₂ lattice (Θ_v = 0.7 ML).     

四元硫化物Cu2Zn(Ti,Zr, Hf)S4:一类新颖光伏材料

采用第一性原理电子结构方法研究了四价过渡金属Ti, Zr和Hf替代Cu₂ZnSnS₄(CZTS)中Sn原子以及Se替代S原子所得到的四元硫族化合物的电子结构、光学性质和晶体结构的稳定性. 实验上用Se替代CZTS中部分S得到的Cu₂ZnSnS_4-xSe_x(CZTSSe)作为光吸收材料, 可以进一步提高光伏效率. 我们计算表明用Se替代S后, CZTSe的价带顶明显下移, 并接近Cu(In, Ga) Se₂ (CIGS)价带顶位置. 与CZTSe的电子结构特征一样, Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄四元硫化物的价带顶与母体材料CZTS相比也向低能移动, 并接近CIGS价带顶位置. 由于高光伏效率要求窗口材料ZnO、缓冲层材料和光吸收材料的价带顶和带隙满足一定的渐进的变化关系, 因此可以预见用Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄作光吸收材料可以有效地提高甚至接近CIGS的光伏效率. 通过计算弹性常数和声子谱, 以及有限温度下第一性原理分子动力学模拟, 发现Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄的结构稳定性与CZTS相近. 进一步计算Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄与不同缓冲层间和窗口材料与缓冲层间的反射系数, 并讨论了ZnSe, In₂S₃, ZnS作为缓冲层材料和TiO₂作为窗口材料对光伏效率可能的影响.     

Surface relaxation of rutile TiO2 (110)-(1×1) from ion shadowing/blocking measurements

Determination, by ion scattering, of the height of the oxygen atom rows above the five-fold-coordinated titanium atoms on the (1×1) surface of TiO₂(110) confirms that the five-fold-coordinated Ti atoms lie slightly lower than the six-fold-coordinated Ti atoms. The height difference is in good agreement with X-ray diffraction measurements.     

Single crystal RuO2/Ti and RuO2/TiO2 interface: LEED, Auger and XPS study

The interactions at the evolving RuO₂/titanium interface have been studied by LEED, AES and XPS. Titanium films of up to 5 monolayers were evaporated onto well ordered and ion sputtered ruthenium dioxide crystal surfaces of (110) and (100) orientation. Stabilization of the surface oxygen content under thermal treatment in UHV (up to 600°C) with increasing titanium coverage was established. After extended (up to 4 h) annealing in O₂ at 600°C an epitaxial ordering of TiO₂ on RuO₂(110) was observed. The (1 × 1) LEED patterns from the epitaxial layer exhibit a reduced background level when compared to the RuO₂ substrate itself. These findings are correlated with the XPS data and are interpreted in connection with the disappearance of the defect RuO₂ phase in the surface layer of the RuO₂. The appearance of the (1 × 2) surface reconstruction at the RuO₂(100)/Ti interface is discussed in the context of maximum cation coordination by oxygen atoms.     

N2H4在NiFe(111)合金表面吸附稳定性和电子结构的第一性原理研究

采用基于色散校正的密度泛函理论进行了第一性原理研究, 详细分析了肼(N₂H₄)在Ni₈Fe₈/Ni(111)合金表面稳定吸附构型的吸附稳定性和电子结构及成键性质. 通过比较发现, 肼分子以桥接方式吸附在表面的两个Fe原子上是最稳定的吸附构型, 其吸附能为-1.578 eV/N₂H₄. 同时发现, 肼分子在这一表面上吸附稳定性的趋势为: 桥位比顶位吸附更有利, 且在Fe原子上比在Ni原子上的吸附作用更强. 进一步分析了不同吸附位点上稳定吸附构型的电子结构、电荷密度转移以及电子局域化情况. 结果发现: 相同吸附位点的电子态密度图基本一致, 并且N原子的p轨道和与之相互作用的表面原子的d轨道之间存在态密度上的重叠; 吸附后电荷密度则主要从肼分子转移到表面原子之上; 在电子局域化函数切面图中也发现吸附后电子被局域到肼分子的N原子和相邻的表面原子之间. 这些电子结构的表征都充分说明肼分子与表面原子之间通过电荷转移形成了强烈的配位共价作用.     

Kinetic aspects of aluminium titanate layer formation on titanium alloys by plasma electrolytic oxidation

The paper reports on a systematic investigation into the effects of process parameters on the growth kinetics and associated changes in the structure, phase composition and mechanical properties of surface layers formed on Ti–6Al–4V alloy by plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment in 0.05–0.2 mol l⁻¹ solutions of sodium aluminate. Methods of gravimetric, SEM and XRD analysis, as well as microhardness and scratch testing, are employed to investigate mass transfer and phase-structure transformations in the surface layer. The probable mechanisms of layer formation are discussed, which comprise electrochemical oxidation of the Ti-electrode by OH⁻ anions, complimented by chemical precipitation of Al(OH)₃ and plasma-induced transformations in the surface discharges. Running with a total yield efficiency of 20–30%, these processes lead to the formation of predominantly the Al₂TiO₅ phase with heterogeneous precipitation of Al₂TiO₅·TiO₂ and 3Al₂TiO₅·Al₂O₃ eutectics. Al- and Ti-enriched constituents of this structure show hardnesses of 1050–1480 and 300–845 H_K, 0.02, respectively. The layer growth rate increases with increasing electrolyte concentration, providing a maximum thickness of over 60 μm and a surface roughness (R_a) of 3–4 μm. Increasing the electrolyte pH from 12.0 to 12.8 results in smoothing and thickening of the surface layer but a lower sample weight gain, associated with an enhancement of the Ti electro-oxidation process. Morphological changes during PEO formation of the surface layer include gradual transformation of the original fine grained but porous structure into a dense, fused morphology which is adversely affected by discharge-induced thermal stresses, causing a degradation of the layer adhesion strength.     

Electron spectroscopic study of passive oxide layer formation on Fe-19Cr-18Ni-1Al-TiC austenitic stainless steel

Surface oxidation of a TiC-enriched austenitic stainless steel alloy was investigated at 50 °C by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption spectroscopy (XAS). It was found that a passive oxide layer started to form on the alloy surface after 5 L of oxygen exposure. Further oxidation of the alloy was suppressed after 500 L of oxygen exposure when a stable passive layer was formed. It was found also that Ti and Ni did not oxidize and Ti remained in a carbide form during whole oxidation. The oxidation kinetics of different metals were investigated as well.