非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了三轴加载的非静水压力和静水压力对铁从体心立方结构（bcc,α相）到六角密排结构（hcp,ε相）相变压力和磁性的影响,结果发现：在0—18 GPa压力范围内,相对静水压力条件,随着压力的升高,bcc结构的原子磁矩在非静水压力下降低得更快;在非静水压力下,相变更容易发生,相变压力随着非静水压力程度的增加而降低;并且对非静水压力对相变压力影响的物理机理进行了讨论. 关键词： 相变 非静水压力 第一性原理 铁     

高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 分别研究了压力作用下Fe从体心立方 (bcc,α 相) 结构到六角密排(hcp, ε相) 结构相变的两种不同的相变机理: 相变过程中出现亚稳定的面心立方(fcc) 结构(bcc-fcc-hcp) , 以及相变过程中没有出现亚稳定的fcc结构(bcc-hcp) . 计算结果表明: 静水压力条件下, 相变过程中并不会产生亚稳定的fcc结构, 这与最近的原位XRD实验测量结果相一致. 随着压力的增加, fcc-hcp的相变势垒逐渐增加, 压力趋向于阻止Fe从fcc结构到hcp结构的相变. 计算得到了相变过程中原子磁性和结构的详细信息, 分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变, 并且讨论了原子磁性对结构转变影响的物理机理. 此外, 对分子动力学模拟中产生亚稳定的fcc结构的原因也进行了讨论. 关键词： 相变机理 静水压力 第一性原理 铁     

第一性原理计算Fe从bcc到hcp结构的相变路径及其磁性边界

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了压力作用下Fe从bcc到hcp结构相变的势能面、相变路径以及相变过程中的磁性相边界.结果表明:与Burgers路径不同,相变过程中bcc结构(110)bcc面的剪切和相对滑移相互耦合,并伴随有(110)bcc面间距的减小;这一相变机制可以解释Fe的静高压实验中在相变初期观察到的hcp结构异常.因此,并不需要像Wang和Ingalls提出的那样,在相变过程中引入一个亚稳定的fcc相来解释这些实验结果.对相变势能面的计算表明剪切对相变的发生有激活作用.此外,分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变,相变过渡态位置正好位于磁性相边界上,并对原子磁性对结构转变影响的物理机制进行了讨论.     

单轴应变条件下Fe从α到ε结构相变机制的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了沿［001］方向单轴应变条件下Fe从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变的临界压力、相变路径、相变势垒以及相变过程中原子磁性的变化.结果发现:单轴应变条件下Fe从α到ε结构的相变路径与以前理论计算模拟给出的静水压力条件下的相变路径明显不同;原子磁矩沿着相变路径突然降低,同时伴随着能量和体积的突然变化,是典型的一阶磁性相转变,表明原子磁性的丧失导致了bcc结构不稳定而向hcp结构转变.对单轴应变下吉布斯自由能的计算表明,相变势垒随着单轴应 关键词： 相变 单轴应变 第一性原理 铁     

金属Li相稳定性的第一性原理研究

Li在常温常压下为体心立方结构(bcc),随着压力和温度的变化会发生结构转变.本文应用第一性原理方法研究了Li的9R,fcc,hcp和bcc四种不同结构相在基态和有限温度下的相对稳定性.计算表明Li在低温时的最稳定相为六角堆垛的9R相,而且随着温度的变化会发生结构相变,最终在高温时(370K)转变为bcc相.     

高温高压下过渡金属Ru的结构相变

采用基于密度泛函理论的第一性原理和准简谐晶格动力学方法对Ru的六角密排 (hcp)、面心立方 (fcc)、体心四方 (bct) 和体心立方 (bcc) 结构的磁性、晶格结构稳定性和高温高压下的相变进行了系统的研究. 计算获得了各相结构的磁性基态及其稳定性范围, 结果表明: 零温下在计算的压力范围内, NM-hcp 结构是Ru最稳定的结构, 压力的单独作用下并没有相变的发生; NM-fcc结构是Ru的亚稳定结构, 而NM-bcc和FM-bct结构在动力学上并不稳定. 高温高压下Ru将发生从NM-hcp到NM-fcc结构的相变, 并给出了Ru的温度压力相图. 关键词： 相变 晶格稳定性 磁性 第一性原理     

室温下压致铁钴镍合金的bcc→hcp相变

 本文采用高压X光衍射方法在金刚石对顶压砧中在位地（in situ）研究了Fe₆₈Co₂₄Ni₈（wt%）合金在室温下的压致bcc→hcp结构相变和直到40.5 GPa的等温压缩行为。实验结果表明该合金在常压下为bcc结构，晶格常数a₀=(0.287 0±0.000 1) nm，体积V₀=(7.119±0.007) cm³/mol，密度ρ₀=(7.981±0.008) g/cm³；在20.9 GPa附近出现bcc→hcp结构相变，两相共存压力区约10 GPa，在此区域内有晶面间距d(002)_hcp=d(110)_bcc，且原子平面(002)_hcp//(110)_bcc，hcp相比bcc相体积减小(0.33±0.02) cm³/mol；高压相hcp结构的晶格参数比值c/a=1.608±0.004；相变后原子配位数的增加使得hcp相(002)平面内及(002)平面间的最近邻原子间距比bcc相最近邻原子间距分别增大约1.6%和0.5%；用Murnaghan状态方程对实验数据进行最小二乘法拟合，得到bcc相B₀=(130±13) GPa，B₀'=12.6±0.5；hcp相V₀=(6.62±0.04) cm³/mol，B₀=(243±21) GPa，B₀'=6.8±0.3；对于该合金的bcc→fcp相变时的结构转变机制做了详细的讨论。     

多形性相变的分子动力学模拟

 本文利用分子动力学方法研究了KCl晶体在ρ＝ρ₀时的温度相变。面心立方（fcc）和体心立方（bcc）两种结构的径向分布函数随温度的变化的情况说明，在高压下，发生着bcc结构相fcc结构的转变，bcc结构是不稳定的。为了选取合理的势参数，利用了分子动力学程序在T＝0时的性质，计算了NaCl和KCl晶体的零温状态方程，研究了它们在压力作用下发生的多形性相变。计算表明，NaCl和KCl晶体将分别于18.8 GPa和5.9 GPa发生从fcc到bcc的多形性相变，这些值相当接近实验结果。着说明本文选用的势参数势有一定精度的。     

外压下ZrN结构相变的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了面心立方(fcc)和体心立方(bcc)结构ZrN的平衡态性质以及不同压力下的弹性性质,计算了fcc和bcc结构ZrN的焓-压关系,讨论了其相对稳定性。通过对总能、焓-压关系、弹性性质以及声子色散关系的分析,推测fcc结构到bcc结构的相变发生在205~235GPa之间。     

单向压力对碳纳米管(6, 6)晶体电子结构的影响

通过第一性原理计算研究了垂直于碳纳米管轴向的单向压力对碳纳米管(6,6)晶体电子结构特性的影响.计算研究发现：由碳纳米管(6,6)组成的四方结构晶体(t相)具有金属特性,电子可以沿碳纳米管管壁运动;在单向压力作用下,t相发生结构相变形成非成键相,随着压力的进一步增大,碳纳米管间产生键合,形成了成键相;单向压力对碳纳米管(6,6)晶体的能带结构影响主要表现在π能带和π^*能带,伴随着单向压力的增加,碳纳米管晶体的电学性质经历从金属到半导体再到活泼金属的转变;非成键相的电子被局域在碳纳米管附近使晶体具有半导体特性,而成键相的电子不仅可以沿着碳纳米管管壁运动,还可以在碳纳米管之间(即成键方向)运动,从而使成健相晶体具有活泼的金属特性. 关键词： 碳纳米管晶体 第一性原理计算 金属—半导体转变     

深冷温区应变强化S30408奥氏体不锈钢马氏体相变研究北大核心

对S30408奥氏体不锈钢进行室温应变强化,在深冷温区(77K^4.2K)进一步时效处理,利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了应变诱发和热诱发马氏体相变的微观特征,探讨了马氏体相变的微观机理。结果表明:马氏体相变的含量、微观形貌、形核特征和位错组态随着预应变量的增加和温度的降低而改变,且应变强化比温度对相变的影响要大。诱发马氏体与母相奥氏体的位相关系符合K-S关系,其相变的微观机理为γ(fcc)→ε(hcp)、γ(fcc)→α'(bcc)、γ(fcc)→ε(hcp)→α'(bcc)、γ(fcc)→形变孪晶→α'(bcc)。     

深冷温区应变强化S30408奥氏体不锈钢马氏体相变研究

对S30408奥氏体不锈钢进行室温应变强化,在深冷温区(77K~4.2K)进一步时效处理,利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了应变诱发和热诱发马氏体相变的微观特征,探讨了马氏体相变的微观机理。结果表明:马氏体相变的含量、微观形貌、形核特征和位错组态随着预应变量的增加和温度的降低而改变,且应变强化比温度对相变的影响要大。诱发马氏体与母相奥氏体的位相关系符合K-S关系,其相变的微观机理为γ(fcc)→ε(hcp)、γ(fcc)→α'(bcc)、γ(fcc)→ε(hcp)→α'(bcc)、γ(fcc)→形变孪晶→α'(bcc)。     

一维应变加载下单晶铁结构转变的微观研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法,模拟了单晶铁在一维应变条件下由体心立方（bcc）转变为六角密排（hcp）结构的微观过程. 当应变加载至相变临界值时,hcp相开始均匀形核并沿{011}晶面长大为薄片状体系.弹性常数C₃₁和C₃₂在相变前被逐渐硬化,C₃₃则在相变前出现软化行为;当体系完全相变后,上述各弹性常数显示开始随体积压缩而迅速硬化,温度效应对晶格具有软化作用,可削弱C₃₃的硬化和软化过程;样品在压缩过程可出现孪晶结构,孪晶结构使晶格发生剪切变形.混合相中,hcp相势能比bcc相高,最大剪应力方向与bcc相反向;系统的偏应力与hcp相质量分数近似呈线性关系. 关键词： 结构转变 分子动力学 一维应变     

PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3陶瓷的高压拉曼光谱研究

作为重要的铁电陶瓷材料之一,PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)陶瓷因其广泛的工业应用而成为研究的焦点。通过水溶的溶胶-凝胶法,合成了PbZr0.52Ti0.48O3陶瓷片。通过拉曼光谱测试技术结合高压实验,系统地研究了PZT(MPB-PZT:PbZr0.52Ti0.48O3)陶瓷在不同压力下的拉曼光谱。拉曼光谱实验结果分析表明,在0~25GPa的压力范围内,随着静水压力的增加,在压力为2.61GPa时,PZT陶瓷发生了从三方-四方混合相到四方-立方混合相的结构相变,随着压力继续增大到8.5GPa,PZT陶瓷完全相变为顺电立方相。同时,对PZT陶瓷片的介电常数进行了测试,确定PZT陶瓷片的居里温度为395℃。     

纳米多晶铁的冲击相变研究

利用分子动力学方法研究了不同晶粒度的纳米多晶铁在冲击压缩下的结构相变过程,模拟结果表明:纳米多晶铁的冲击结构相变(由体心立方(bcc)结构 α 相到六角密排(hcp)结构 ε 相)发生的临界冲击应力在15 GPa左右.纳米多晶铁在经过弹性压缩变形后,晶界导致的塑性变形开始发生,然后大多数相变从晶界成核并最终发展为大规模相变.不同变形过程在应力和粒子速度剖面上能得到清晰的体现,并通过微观原子结构分析分辨.冲击压缩后的微观结构以晶界原子和以fcc结构原子充当孪晶界的hcp原子为主.晶粒度明显影响晶界变形及相变 关键词： 冲击相变 纳米多晶铁 冲击波 分子动力学     

过渡金属钼高压物性的第一原理研究北大核心CSCD

在平面波赝势密度泛函理论的框架下,利用广义梯度近似(GGA)计算了体心立方(bcc)和双层密排六方(dhcp)结构的Mo在不同体积下的总能和焓值,算得的等温压缩线与前人的计算结果符合较好。对焓值作差,预测了620GPa压强附近bcc→dhcp的结构相变。根据声子谱的计算结果可知,在高压下,bcc结构可能会向dhcp或9R结构转变。力学稳定性的计算结果进一步显示,在620GPa以上,dhcp-Mo是能够稳定存在的相。结合准谐德拜模型研究了Mo在高压下的热力学性质,计算结果表明,在620GPa附近,bcc和dhcp结构Mo的热力学性质并无显著差异。     

α-锆的低压动态力学特性

锆在常态为六角密堆（Hexagonal close-packed，hcp）结构（α相），在高压下转变成六方结构（ω相），温度升高时（1136K以上）转变为体心立方（Body-centered-cubic，bcc）结构（β相），更高温度（2123K）下熔化。锆在较低压力下发生α→β相变，材料强度影响不可忽略，研究表明材料在屈服后发生相变，会对已有的塑性流动起增强作用。本构关系对于研究锆在冲击加载下相变前后、相变期间的物理和力学性质的变化，理解锆的基本动力学特性是必不可少的。     

第一性原理对金的高压相变和零温物态方程的计算

在密度泛函理论下，用缀加平面波加局域轨道方法，分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对金的面心立方晶格结构(fcc)、体心立方晶格结构(bcc)和六角密堆积结构(hcp)的结构能量进行了计算.在GGA下，计算得出fcc向hcp和hcp向bcc的相变分别发生在380GPa 和1250GPa；而LDA下相变分别发生在490GPa和790GPa.当计算压强达到2TPa时，bcc在这两种近似下仍然保持稳定的结构.根据不同体积下不同结构的电子态密度的特征，对发生相变的物理原因进行了定性的分析，在此基础上得到了金的零温状态方程. 关键词： 缀加平面波方法 固态相变 电子态密度 物态方程     

过渡金属钼高压物性的第一原理研究

在平面波赝势密度泛函理论的框架下,利用广义梯度近似(GGA)计算了体心立方(bcc)和双层密排六方(dhcp)结构的Mo在不同体积下的总能和焓值,算得的等温压缩线与前人的计算结果符合较好。对焓值作差,预测了620GPa压强附近bcc→dhcp的结构相变。根据声子谱的计算结果可知,在高压下,bcc结构可能会向dhcp或9R结构转变。力学稳定性的计算结果进一步显示,在620GPa以上,dhcp-Mo是能够稳定存在的相。结合准谐德拜模型研究了Mo在高压下的热力学性质,计算结果表明,在620GPa附近,bcc和dhcp结构Mo的热力学性质并无显著差异。     

金刚烷的高压拉曼光谱研究

对金刚烷(C_(10)H_(16))进行了常温原位高压拉曼光谱研究,最高压力为25 GPa。通过分析高压拉曼光谱,结合拉曼频移随压力的变化情况,得出在实验压力范围内C_(10)H_(16)发生了多次相变。0.6 GPa时,C_(10)H_(16)由常温常压下的无序相(α相)转变为有序相(β相);继续加压至1.7 GPa时,第2次结构相变开始,直至3.2 GPa,第2次相变完全结束;第3次相变开始于6.3 GPa,结束于7.7 GPa;22.9 GPa时发生了第4次结构相变。另外,首次在拉曼光谱上探测到第3次相变过程中晶格振动峰的变化,说明第3次相变并非前人报道的等结构相变。