Au-Sn金属间化合物的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,计算研究了Au-Sn二元系金属间化合物的生成焓、结合能、电子结构、弹性性质和结构稳定性. 计算结果表明：Au₅Sn合金的生成焓最小,说明Au₅Sn较容易生成,但Au₅Sn在热力学和力学上是不稳定的;AuSn₂和AuSn₄的键合作用较强,弹性模量、剪切模量均大于AuSn和Au₅Sn;从电子结构的角度,AuSn₂和AuSn₄ 的成键主要来自于Au原子d 轨道与Sn原子p轨道的杂化;而AuSn以Sn–Sn键的相互作用为主,Au₅Sn相中Au 的占比较大,导致Au–Au共价键发挥作用,抑制了Sn导带p电子的成键. 关键词： 电子结构 弹性性质 第一性原理 Au-Sn金属间化合物     

Nb掺杂对Mo2FeB2弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo₂FeB₂具有耐高温、耐磨、高强度，是一种良好的硼基金属陶瓷材料，在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法，研究了Nb元素掺杂Mo₂FeB₂合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明，Nb在Mo₂FeB₂中更容易占据Fe位置，并且在Fe位掺Nb的Mo₂FeB₂比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外，计算结果还表明，Nb掺杂可以提高Mo₂FeB₂的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度，但塑性略有下降，合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明，Nb掺杂Mo₂FeB₂力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.     

第一性原理计算M2C（M=V、Nb、Ta）的结构性质、弹性性质和热力学性质

通过密度泛函理论的第一原理计算,研究了 M2C (M=V, Nb, Ta)(空间群:pbcn, No: 60)在高压下的电子结构、弹性和热力学性质。该理论是建立在平面波的基础上,该平面波将在 CASTEP 代码中实现。首先,本文计算的晶格常数与已有的实验结果和理论数据吻合较好。其次,计算了过渡金属碳化物的分波态态密度和总态密度,结果表明这三种过渡金属碳化物均为金属,金属丰度由高到低的顺序为:V2C > Nb2C > Ta2C。第三,研究了高压下的弹性常数 C ij 、集料弹性模量(B、G、E)和泊松比。其中计算得到 Ta2C 的体积模量最高(257 GPa)。根据弹性稳定性判据,预测这三种化合物在 100 GPa 以内均具有力学稳定性。计算的 B/G 比值表明,这三种化合物在 100 GPa 范围内具有延展性。最后,利用准谐德拜模型研究了这三种化合物的热力学性质     

Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg₂Sn基态的电子结构、弹性常数和热力学性质.计算结果表明Mg₂Sn的禁带宽度为0.1198eV.运用线性响应方法确定了声子色散关系和态密度,得出Mg₂Sn的热力学性质如等容比热和德拜温度.计算Mg₂Sn的热导率并与实验数据相比较. 关键词： 第一性原理 电子结构 弹性常数 热力学性质     

第一性原理计算M_2C (M=V,Nb, Ta)的结构、弹性和热力学性质（英文）

通过密度泛函理论的第一原理计算,研究了M_2C (M=V, Nb, Ta)(空间群:pbcn, No:60)在高压下的电子结构、弹性和热力学性质.该理论是建立在平面波的基础上,该平面波将在CASTEP代码中实现.首先,本文计算的晶格常数与已有的实验结果和理论数据吻合较好.其次,计算了过渡金属碳化物的分波态态密度和总态密度,结果表明这三种过渡金属碳化物均为金属,金属丰度由高到低的顺序为:V_2C Nb_2C Ta_2C.第三,研究了高压下的弹性常数C_(ij)、集料弹性模量(B、G、E)和泊松比.其中计算得到Ta_2C的体积模量最高(257 GPa).根据弹性稳定性判据,预测这三种化合物在100 GPa以内均具有力学稳定性.计算的B/G比值表明,这三种化合物在100 GPa范围内具有延展性.最后,利用准谐德拜模型研究了这三种化合物的热力学性质.     

RuH2和RuN2分子热力学稳定性的理论研究

用密度泛函B3LYP方法计算了RuH2和RuN2分子的结构和不同温度下的热力学函数及生成反应的标准焓变△H°、标准熵变△S°和标准自由能变△G°.结果表明,温度低于698.15 K时固态RuH2具有热力学稳定性,温度低于398.15 K时固态RuN2具有热力学稳定性.     

第一性原理研究Li_2NH的晶格动力学和热力学性质

采用第一性原理的赝势平面波方法系统地研究了Li_2NH的电子结构、晶格动力学和热力学性质.计算得到的晶格常数与先前的理论和实验结果符合得很好.运用线性响应理论计算了整个布里渊区高对称方向上的声子色散曲线和相应的声子态密度,发现Li_2NH(Pnma)声子色散曲线没有虚频,动力学性能相对最稳定,计算结果和先前实验及理论数据符合得很好.最后,利用得到的声子态密度进一步预测了Li_2NH的热力学性质,包括晶格振动对Helmholtz自由能、内能、熵和热容的贡献,计算结果在一定程度上可为Li-N-H储氢体系的应用提供理论指导.     

LiNH2 的晶格动力学、介电性质和热力学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,在局域密度近似下采用线性响应的密度泛函微扰理论计算了LiNH₂的晶格动力学、介电性质和热力学性质,得到了布里渊区高对称方向上的声子色散曲线和相应的声子态密度,分析了 LiNH₂的红外和拉曼活性声子频率,同时给出它的介电张量和玻恩有效电荷张量. 研究表明,LiNH₂存在小的各向异性,计算所得结果与实验值和其他理论值符合较好.最后,利用得到的声子态密度进一步预测了LiNH₂的热力学性质 关键词： 密度泛函理论 晶格动力学 热力学性质 第一性原理计算     

5d过渡金属二硼化物的结构和热、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系统地研究了5d过渡金属二硼化物TMB₂ (TM=Hf–Au) 的结构、热学、力学和电学性质. 我们考虑了三种结构, 分别为AlB₂, ReB₂和WB₂结构. 计算得到的晶格常数与先前的理论和实验研究符合得很好. 通过计算生成焓预测了化合物的热力学稳定性; 从HfB₂到AuB₂, 生成焓的整体趋势是逐渐增加的. 在所考虑的结构中, 对HfB₂和TaB₂, AlB₂结构是最稳定的; 对WB₂, ReB₂, OsB₂, IrB₂和AuB₂, ReB₂结构是最稳定的; 对PtB₂, WB₂结构是最稳定的. 在所考虑的化合物中, ReB₂结构的ReB₂具有最大的剪切模量(295 GPa), 是最硬的化合物, 与先前的理论和实验结果相符. 计算得到的总态密度显示所有结构都具有金属特性. 讨论了系列化合物的变化趋势. 关键词： 弹性性质 热力学性质 第一性原理 5d过渡金属二硼化物     

三元层状陶瓷M-Al-N(M=Ti,Zr,Hf)的结构及力学性质的第一性原理模拟

基于第一性原理方法，探索M-Al-N（M=Ti，Zr，Hf）结构的稳定性，计算其力学性质.计算M-Al-N化合物的能量，发现除实验已知的结构Ti₂AlN和Ti₄AlN₃、Zr₂AlN、Hf₂AlN外，还存在两种新的热力学稳定结构Zr₄AlN₃、Hf₄AlN₃.弹性常数和声子谱的计算，表明这两个结构是力学稳定和晶格动力学稳定的.计算M₂AlN和M₄AlN₃的力学性质，发现它们具有高的体模量、剪切模量、弹性模量、维氏硬度等；分析其力学性质随组分比例、组成元素的变化规律，为该类材料的选择和应用提供理论依据.最后计算M₂AlN和M₄AlN₃的电子态密度和分态密度、电子密度分布、Mulliken群分析等.     

The structural,elastic,and electronic properties of Zr_x Nb_(1-x)C alloys from first principle calculations

The structural,elastic,electronic,and thermodynamic properties of Zr x Nb1-x C alloys are investigated using the first principles method based on the density functional theory.The results show that the structural properties of Zr x Nb1-x C alloys vary continuously with the increase of Zr composition.The alloy possesses both the highest shear modulus(215 GPa)and a higher bulk modulus(294 GPa),with a Zr composition of 0.21.Meanwhile,the Zr0.21Nb0.79C alloy shows metallic conductivity based on the analysis of the density of states.In addition,the thermodynamic stability of the designed alloys is estimated using the calculated enthalpy of mixing.     

Nb高掺杂量对锐钛矿TiO2导电和光学性能影响

目前, 在Nb高掺杂量摩尔数分别为0.050和0.0625的条件下, 对掺杂体系锐钛矿TiO₂电阻最低存在相反的两种实验结果都有文献报道. 为解决这个矛盾, 本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法, 计算了纯的单胞和三种不同Nb高掺杂量对锐钛矿Ti_1-xNb_xO₂ (x=0.03125, 0.050, 0.0625)超胞的能带结构分布、态密度分布和光学性质. 结果表明, 在本文限定掺杂量的条件下, Nb掺杂量越增加, 掺杂体系的体积越增加, 总能量越升高, 稳定性越下降, 形成能越升高, 掺杂越难, 相对自由电子浓度越增加, 电子有效质量越增加, 电子迁移率越减小, 电子电导率越减小, 最小光学带隙越变宽, 吸收光谱和反射率向低能方向移动越显著, 透射率越增加. 计算结果与实验结果相吻合.     

The mechanical,thermodynamic and electronic properties of Al3Nb with DO22 structure: A first-principles study

The lattice constants, elastic properties, electronic structure and thermodynamic properties of Al₃Nb with DO₂₂ structure have been investigated by the first-principles calculation. The calculated lattice constants were consistent with the experimental values, and the structural stability was also studied from the energetic point of view. The single-crystal elastic constants (C_ij) as well as polycrystalline elastic parameters (bulk modulus B, shear modulus G, Young's modulus E, Poisson's ratio υ and anisotropy value A) were calculated, and brittleness of Al₃Nb was discussed in detail. Besides, the electronic structure of tetragonal Al₃Nb was studied, which indicates a mixture of metallic bond and covalent bond in Al₃Nb and reveals the underlying mechanism of the stability and elastic properties of Al₃Nb. Finally, the thermodynamic properties of Al₃Nb were calculated and the physical properties such as heat capacity and Debye temperature were predicted within the quasi-harmonic approximation.     

锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了锐钛矿相和金红石相TiO₂:Nb的晶体结构、电子结构和光学性质. 结果表明, 在相等的摩尔掺杂浓度下(6.25%), 锐钛矿相TiO₂:Nb的导带底电子有效质量小于金红石相TiO₂:Nb, 且前者室温载流子浓度是后者的两倍左右, 即具有更大的施主杂质电离率, 从而解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb具有更优异电学性能的实验现象. 光学计算也表明锐钛矿相在可见光区有更大的透过率, 从而在理论上解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb更适于做透明导电材料的原因. 计算结果与实验数据能较好符合. 关键词： 2:Nb')" href="#">TiO₂:Nb 第一性原理 电子结构 光学性能     

Thermodynamics and elastic properties of Ta from first-principles calculations

<正>Within the framework of the quasiharmonic approximation,the thermodynamics and elastic properties of Ta, including phonon density of states(DOS),equation of state,linear thermal expansion coefficient,entropy,enthalpy, heat capacity,elastic constants,bulk modulus,shear modulus,Young’s modulus,microhardness,and sound velocity, are studied using the first-principles projector-augmented wave method.The vibrational contribution to Helmholtz free energy is evaluated from the first-principles phonon DOS and the Debye model.The thermal electronic contribution to Helmholtz free energy is estimated from the integration over the electronic DOS.By comparing the experimental results with the calculation results from the first-principles and the Debye model,it is found that the thermodynamic properties of Ta are depicted well by the first-principles.The elastic properties of Ta from the first-principles are consistent with the available experimental data.     

Elastic,vibrational, and thermodynamic properties of Sr_(10)(PO_4)_6F_2 and Ca_(10)(PO_4)_6F_2 from first principles

The electronic, elastic, vibrational, and thermodynamic properties of Sr_(10)(PO_4)_6F_2(Sr-FAP) and Ca_(10)(PO_4)_6F_2(CaFAP) are systematically investigated by the first-principles calculations. The calculated electronic band structure indicates that the Sr-FAP and Ca-FAP are insulator materials with the indirect band gap of 5.273 eV and 5.592 eV, respectively. The elastic constants are obtained by the "stress–strain" method, and elastic modulus are further evaluated and discussed. The vibrational properties, including the phonon dispersion curves, the phonon density of states, the Born effective charge, and associated longitudinal optical and transverse optical(LO–TO) splitting of optical modes, as well as the phonon frequencies at zone-center are obtained within the linear-response approach. Substitution of Ca by Sr causes phonon frequencies to shift to lower values as expected due to the mass effect. Additionally, some phonon-related thermodynamic properties, such as Helmholtz free energy F, internal energy E, entropy S, and specific heat C_V of Sr-FAP and Ca-FAP are predicted with the harmonic approximation. The present calculated results of two apatites are consistent with the reported experimental and theoretical results.     

铌合金电子结构及其高温氧化行为

为了从电子层面揭示Nb合金高温氧化的物理本质,采用递归法计算了Nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能等电子结构参数,探索Nb合金高温氧化机理.研究表明:氧在Nb中具备较高的扩散速率和溶解度,且氧与Nb较易发生反应,生成氧化物,这使Nb的抗高温氧化性较差.原子镶嵌能的计算结果表明,合金元素Ti,Si,Cr在基体中稳定性较低,易向Nb合金表面扩散,形成富Ti,Si,Cr的表层.合金表层中氧与Nb,Ti,Si,Cr间具有较大亲和性,可以生成相应的氧化物,形成对合金具有保护作用的氧化膜. 关键词： 递归法 高温氧化 Nb合金     

锐钛矿相和金红石相Nb:TiO_2电学性质的GGA(+U)法研究

采用基于密度泛函理论第一性原理GGA和GGA+U相结合的方法研究了不同掺杂浓度下锐钛矿相和金红石相Nb:TiO2的晶体结构、电子结构以及稳定性.结果表明:锐钛矿相Nb:TiO2能带结构与简并半导体类似,呈类金属导电机理.金红石相Nb:TiO2呈半导体导电机理.Nb原子比Ti原子电离产生出更多的电子.锐钛矿相Nb:TiO2中Nb原子的电离率比金红石相Nb:TiO2的大.以上结果说明锐钛矿相Nb:TiO2比金红石相Nb:TiO2更适宜用作TCO材料;掺杂浓度对其杂质能级,费米能级和有效质量都有影响.Nb原子掺杂浓度越高,材料电离率呈降低趋势;形成能计算结果显示:在富钛条件下不利于Nb原子的掺杂,而在富氧条件下有利于Nb原子的掺杂.对于金红石相和锐钛矿相Nb:TiO2,不论是在贫氧或富氧条件下,随着Nb原子掺杂浓度的提高,形成能均增大.     

Theoretical investigations on the structural, lattice dynamical and thermodynamic properties of XC (X=Si, Ge, Sn)

First-principles calculations, which is based on the plane-wave pseudopotential approach to the density functional perturbation theory within the local density approximation, have been performed to investigate the structural, lattice dynamical, and thermodynamic properties of SiC, GeC, and SnC. The results of ground state parameters, phase transition pressure and phonon dispersion are compared and agree well with the experimental and theoretical data in the previous literature. The obtained phonon frequencies at the zone-center are analyzed. We also used the phonon density of states and quasiharmonic approximation to calculate and predict some thermodynamic properties such as entropy, heat capacity, internal energy, and phonon free energy of SiC, GeC, and SnC in B3 phase.     

First-principles investigations on structural stability,mechanical, and thermodynamic properties of LaT_2Al_(20)(T = Ti,V,Cr,Nb,and Ta) intermetallic cage compounds

First principles calculations were used to explore the structural stability, mechanical properties, and thermodynamic properties of LaT_2 Al_(20)(T = Ti, V, Cr, Nb, and Ta) intermetallics. The calculated formation enthalpy and phonon frequencies indicate that LaT_2Al_(20) intermetallics exhibit the structural stability. The elastic moduli(B, G, E, and Hv) indicate that these intermetallics possess the better elastic properties than pure Al. The values of Poisson's ratio v and B/G demonstrate that LaT_2Al_(20) intermetallics are all brittle materials. The anisotropy of elasticity and Young's modulus(three-and two-dimensional figures) indicate that LaT_2Al_(20) compounds are anisotropic. Importantly, the calculated thermal quantities demonstrate that LaT_2Al_(20) intermetallics possess the better thermal physical properties than pure Al at high temperatures.