Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb元素掺杂对B2构型NiTi金属间化合物电子结构的影响.点缺陷生成能的计算结果表明,Nb原子掺杂后,NiTi中产生Ni原子和Ti原子空位和反位点缺陷所需要的能量均明显升高;态密度计算结果表明,Nb原子掺杂后与临近原子发生了明显的s-s, p-p和d-d电子相互作用,增加了与临近原子之间的电荷密度,有利于Nb与合金原子的成键.这些由Nb掺杂所导致的NiTi电子结构和键合特征的变化均有利于促进Nb与合金原子的相互作用,在一定程 关键词： NiTi金属间化合物 点缺陷 电子结构 第一性原理计算     

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.     

合金元素韧化或脆化FeAl金属间化合物的微观机制

通过测量二元FeAl以及含B，Zr或Si的FeAl合金的正电子寿命谱参数，计算合金基体和缺陷处的价电子密度.结果表明，当Al原子和Fe原子结合形成FeAl合金时，Al原子提供价电子与Fe原子的3d电子形成局域的共价键.FeAl合金基体的价电子密度很低，FeAl合金中金属键和共价键共存.FeAl合金晶界缺陷的开空间大于Fe空位或Al空位的开空间，FeAl合金晶界处的金属键合力很弱.在FeAl合金中加入少量的B，一部分B原子以间隙方式固溶到FeAl基体中，增加基体的价电子密度；另一部分B原子偏聚到FeAl合金的晶界上，也增加了晶界处的价电子密度.在FeAl合金中加入Zr，增加了合金中的金属键成分，使基体中的价电子密度增加，增强了基体中金属键合力.Zr原子的加入还降低了FeAl合金的有序度，使合金晶界容易弛豫，晶界缺陷的开空间变小.Zr原子在晶界附近出现，还增加了晶界处的价电子密度.在FeAl中加入B或Zr有利于提高合金的韧性.在FeAl合金中加入Si，晶界处的Si原子与邻近的原子形成强的共价键，使得在晶界处参与形成金属键的价电子密度降低.在FeAl中加入Si使合金更脆. 关键词：     

合金化成分对NiTi合金M_s点影响的正电子湮没研究

用双探头符合系统测量了金属Fe、Co、Ni、Al、Nb、Cu、Ti和NiTi合金的多普勒展宽谱,计算了其S参数和W参数,分析了合金中d-d金属键的作用.结果表明,当用Fe、Co或Al原子加入NiTi合金时,都将使合金中参与形成d-d金属键的d电子减少,从而使金属键减弱;而用Cu或Nb原子加入NiTi合金时,对合金中d-d电子作用的影响很小,合金中共价键的成分变化不大.在NiTi合金中加入合金化元素可以改变其电子结构,进而影响Ms点.     

B2-和B19'-NiTi表面原子弛豫、表面能、电子结构及性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理系统研究了B2-和B19'-NiTi合金所有低指数表面的表面能、表面结构稳定性、表面电子结构等性质.计算结果表明两种NiTi合金所有低指数表面的原子弛豫主要集中在表面2-3个原子层,且以Ti原子为终止原子表面构型的原子振荡最为剧烈,Ni和Ti原子共同终止表面构型的原子振荡最小;价电荷密度沿着表面构型向真空层方向快速衰减;表面能计算结果显示其与配位数成反相关.B2-和B19'-NiTi合金的非密排且非化学计量比表面的表面能取决于Ti的化学势,表面能数值较高;而密排面的表面构型符合化学计量比,其表面能较低,表现出卓越的化学稳定性;其中以B2-NiTi(101)密排面的表面稳定性最优.     

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     

3d过渡金属在NiAl中的占位及对键合性质的影响

通过赝势平面波方法系统地研究了3d过渡金属元素在B2-NiAl中的占位以及对键合性质的影响.通过形成能得出Sc,Ti,V 和Zn元素优先取代NiAl中的Al位,而Cr,Mn,Fe,Co和Cu优先取代Ni位.通过分析晶格常数变化量、电荷聚居数、交叠聚居数以及价电荷密度分布, 讨论了晶格畸变和键合性质的变化.结果表明: 取代Al的Sc,Ti,V和Zn元素掺杂使NiAl中晶格发生畸变,这对NiAl键合性质的变化起着重要作用,这些掺杂元素与第一近邻Ni原子产生强烈的排斥作用,形成反键,同时它们之间发生较大的电荷转 关键词： NiAl金属间化合物 3d过渡金属 第一性原理 键合性质     

退火诱导机械合金化Fe42.5 A142.5 Ti5 B1o合金的结构演变与晶粒生长动力学

利用XRD和TEM方法研究Fe42.5 Al42.5 Ti5B10合金在机械合金化及等温热处理过程中的结构演变及品粒生长动力学,讨沦了机械合金化合成机理和热处理过程巾的晶粒生长机理.结果表明,球磨过程中Al,Ti,B原子向Fe晶格中扩散,形成re(Al,Ti,B)固溶体.机械合金化合成Fe(A1,Ti,B)遵循连续扩散混合机理.球磨50 h后,金属Fe,Al,Ti,B已完全合金化,球磨终产物为纳米晶Fe(Al,Ti,B).球磨50h的粉体在热处理过程中除了发牛晶体缺陷和应力释放等过程以外,Fe(Al,Ti,B)分解形成纳米晶B2一FeAI及TiB2组成相.根据晶粒生长动力学理论计算纳米晶FeAI的晶粒牛长激活能为525.6 kJ/mol.     

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     

NiTi(110)表面氧原子吸附的第一性原理研究

为了研究给定的NiTi的表面氧化过程,在保持体系中Ni和Ti原子总数相等的条件下,构建了一系列Ti原子在表面反位的c(2×2)-NiTi(110)缺陷体系,并利用第一性原理计算研究了氧原子在各种NiTi(110)反位缺陷体系的吸附行为以及表面形成能.计算结果表明:吸附氧原子的稳定性与表面Ti原子的富集程度有很大的关联性,体系表面Ti原子富集程度越高,氧原子吸附的稳定性越高;当覆盖度较高时,由于氧原子的吸附,可使Ni和Ti原子在表面出现反位.在富氧条件(μ_o≥-9.35 eV)下,氧原子在表面第1层中的全部Ni原子与第3层全部Ti换位的反位缺陷体系上的吸附最稳定,此时随着氧原子的吸附,表面上的Ti原子升高,导致向上膨胀生长形成二氧化钛层,且在其下方形成富Ni层,由此可合理地解释实验上发现NiTi合金氧化形成二氧化钛层的可能原因.     

A first principles calculation of site occupancy of the B2 phase in Ti2AlX (X=V,Cr, Fe,Mo, Ta,Nb, Zr,Hf and Re) intermetallics

The site occupancy of the B2 phase in Ti₂AlX (X=V, Cr, Fe, Mo, Ta, Nb, Zr, Hf and Re) intermetallics have been studied using first principles pseudo potential plane wave method.The Ti, Al and X atoms are arranged in five different ways, in the lattice sites corresponding to B2 structure of Ti₃Al. In Ti₃AlX, the X atoms are substituted at the Ti and / or Al sites. Further, the equilibrium lattice constants and the formation energy (E_for) of these intermetallics with different site occupancies in the B2 phase have been predicted. The formation energy values suggest that the B2 phase is stable in all alloys. Amongst the five cases in a particular alloy, stable configuration is identified with the minimum E_for and is further considered for the calculations of mechanical properties. All the alloys are mechanically stable in terms of Born stability criteria and show anisotropic behaviour. All the alloys display ductile behaviour in terms of G/B ratio.     

Site preference of Ti and Nb in L12-ordered Co-Al-W phase and their effect on the properties of the alloy: first-principles study

In this work,the equilibrium structure,electronic and elastic properties of L1₂-ordered Co-Al-W and Co-Al-W-X(X=Ti and Nb)phase were calculated,using first-principles calculations.Among six nonequivalent sites(Al₁,Al₂,Co₃,Co₄,W₅,W₆),Ti and Nb prefer to occupy the W₆site,since the formation enthalpy of the system is lowest when Ti and Nb occupy the W。site.Both Ti and Nb most affect the density of states of Al atoms.Compared with the Al₂ site,which is the sub-preference site of Ti and Nb,the density of states of Al atoms is higher with the addition of Ti and Nb in the W₆site,which means that the latter system is more stable.According to the bulk modulus B,shear modulus G,Young's modulus E,hardness Hv and Poisson's ratioσ,for Co₃(AI,W)alloy,the addition of Ti and Nb in the W₆site decreases its hardness hut increases its duetility.This work cnnfirms that Ti and Nh can stahilize the Cag(Al,W)alloy and have a positive effect in solving the relatively poor ductility of this alloy,which has important implications for the development of cobalt.based alloys.     

Half-metallicity and magnetism of the quaternary inverse full-Heusler alloy Ti<Subscript>2-x</Subscript>M<Subscript>x</Subscript>CoAl (M = Nb,V) from the first-principles calculations

Using the first-principles calculations based on density functional theory, we investigate the more d-electrons doping effects on the electronic structure and magnetism of the parent inverse Heusler alloy Ti₂CoAl by the substitution of Nb and V atoms for Ti(A) and Ti(B) atoms locating at the two inequivalent sublattices. The Ti₂CoAl is half-metallic with Fermi level near the top of the minority-spin valence band and hence its spin-polarization is easily reduced by the spin-flip excitation. Our total energy calculations show that the V/Nb doping at the Ti(A)/Ti(B) site is energetically favorable compared with the Ti(B)/T(A) site due to the lower total energy. Our band structure calculations indicate that for the V doped compounds, half-metallicity can be well retained regardless of doping sites and percentages except for the case of Ti(A)-site doping with x = 1, while for Nb doped compounds, the half-metallicity persists only in Ti(B)-site doping with different percentages. For the doped compounds with half-metallicity, the Fermi level shifts from the top of minority-spin valence band to the bottom of minority-spin conduction band with increasing content of x, and typically, the doped compounds (V in Ti(A) and Ti(B) sites at x = 0.75 and 0.5, respectively; Nb in Ti(B) site at x = 0.5), whose Fermi levels are adjusted to the expected positions to effectively inhibit the spin-flip excitation are promising candidates for spintronics applications.     

Study on the oscillatory behaviour of the lattice parameter in ternary iron–nitrogen compounds

The structural properties of the XFe₃N (X=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn) cubic ternary iron based nitrides as well as the preferential occupation site of X in the structure were studied using Full Potential Linearized Augmented Plane Wave method, within the Density Functional Theory formalism, Wien2k code, the exchange-correlation potential described with the Perdew–Burke–Ernzerhof expression, based in the Local Spin Density Approximation and Generalized Gradient Approximation. According the calculations, the Sc, Co, Ni, Cu and Zn, atoms preferred the corner sites of the cubes, while Ti, V, Cr and Mn occupy the centre of the faces of the equilibrium structures. The equilibrium structure lattice parameters have an oscillatory behaviour with the atomic number of X, with decreasing amplitude as the atomic number of X increases. This trend do not correlated with the atomic radii of X.     

Al-Ni-Co三元系中(Ni,Co)3Al4的晶体结构——一种由空位控制的新合金相

(Ni,Co)₃Al₄。是Al-Ni-Co三元系中的一种三元相,其均匀存在范围在室温为,55—58.5A/0 Al,26—35A/0 Ni和10-15.5A/0 Co。这个三元相属立方晶系,空间群为O_h¹⁰-Ia3d,每晶胞含112个原子,在室温的点阵常数为α=11.3962?。这个结构是由64个CsCI型基本结构单位堆垛而成的一种超结构。在这64个基本结构单位中,有16个体心位置是有序地空着的,在16(b)的等效位置上构成了16个八面体空位。基本结构单位的角位置16(a)和48(f)都由Al原子占据着,而心位置48(g)则由Ni原子和Co原子无规地占据着。由于空位的存在,原子位置从其原来的CsCl型结构单位位置有所偏离;测定的结果是,x_f=0.010,x_g=0.369。从合金相的存在范围及原子在结构内的分布情况,这个合金相的理想化合式决定为(Ni,Co)₃Al₄,每单胞含16个化合式量。 关键词：     

基于第一性原理的含空位a-Fe和H原子相互作用研究

氢致裂纹是制约超高强度钢应用的关键问题,掌握扩散氢的分布行为有助于弄清氢致裂纹的形成机理.本文采用第一性原理方法计算了H原子占据α-Fe晶格间隙和空位时的情况,得到了晶体的稳定构型及能量,并据此分析了H原子在晶格间隙和空位中的溶解倾向;从Mulliken布居、电子密度分布、态密度分布等角度分析了H原子与α-Fe晶体间隙和空位之间的相互作用.结果表明:间隙H原子倾向占据α-Fe四面体间隙位,其1s轨道电子与Fe的4s轨道电子呈微弱共轭杂化;空位是强氢陷阱, H原子倾向占据空位内壁附近的等电荷面.在真空0 K条件下单空位最多稳定溶解3个H原子,且H原子之间未表现出自发形成H2的倾向;间隙和空位中的H原子溶入改变了Fe晶格内电子分布导致原子结合力弱化,并在局部区域形成反键.基于第一性原理能量计算结果开展热力学分析,分析结果表明大多数情况下间隙H原子都是H主要的固溶形式, H平衡溶解度计算结果与实际符合良好.     

第一性原理研究掺杂及未掺杂(TiO2)3团簇的电子性质

为了研究金属掺杂团簇时带隙的变化趋势,本文用Cr, Mo, V, Nb四种元素掺杂 (TiO2)3团簇,并用密度泛函理论下的广义梯度近似（GGA）方法计算。不同掺杂位置的结果表明最好的掺杂位置是3-配位的钛位置。所有掺杂后(TiO2)3团簇的HOMO-LUMO带隙都要比未掺杂时要小,对应高能区态密度峰值左移0.1eV;HOMO的电子云分布主要占据了氧原子的位置,当掺杂团簇被激发时,电子从末端氧原子位置跃迁到掺杂原子。此外,我们进一步的计算表明Cr和Mo是降低(TiO2)3团簇带隙较好的掺杂元素。为了进一步的研究掺杂(TiO2)3团簇的性质以及它在光催化,清洁能源等方面的应用,还需要我们进行实验和理论相结合的研究。     

第一性原理研究掺杂及未掺杂(TiO2)3团簇的电子性质

为了研究金属掺杂团簇时带隙的变化趋势，本文用Cr, Mo, V, Nb四种元素掺杂 (TiO2)3团簇，并用密度泛函理论下的广义梯度近似（GGA）方法计算。不同掺杂位置的结果表明最好的掺杂位置是3-配位的钛位置。所有掺杂后(TiO2)3团簇的HOMO-LUMO带隙都要比未掺杂时要小，对应高能区态密度峰值左移0.1eV；HOMO的电子云分布主要占据了氧原子的位置，当掺杂团簇被激发时，电子从末端氧原子位置跃迁到掺杂原子。此外，我们进一步的计算表明Cr和Mo是降低(TiO2)3团簇带隙较好的掺杂元素。为了进一步的研究掺杂(TiO2)3团簇的性质以及它在光催化，清洁能源等方面的应用，还需要我们进行实验和理论相结合的研究。