Universal Scaling Law for Atomic Diffusion and Viscosity in Liquid Metals

The recently proposed scaling law relating the diffusion coefficient and the excess entropy of liquid [Samanta A et al. 2004 Phys. Reu. Lett. 92 145901; Dzugutov M 1996 Nature 381 137], and a quasi-universal relationship between the transport coefficients and excess entropy of dense fluids [Rosenfeld Y 1977 Phys. Rev. A 15 2545],are tested for diverse liquid metals using molecular dynamics simulations. Interatomic potentials derived from the glue potential and second-moment approximation of tight-binding scheme are used to study liquid metals.Our simulation results give sound support to the above-mentioned universal scaling laws. Following Dzugutov,we have also reached a new universal scaling relationship between the viscosity coefficient and excess entropy.The simulation results suggest that the reduced transport coefficients can be expressed approximately in terms of the corresponding packing density.     

纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,计算了纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO(x=0,00625,0125,025)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明,Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变,与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大,进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱,禁带宽度变大,这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象,其吸收边对应波长分别为379, 关键词： 第一性原理计算 电子结构 吸收光谱 纤锌矿结构ZnO     

氢在Mg_2Ni(100)面的吸附及扩散

运用第一性原理研究氢在清洁和掺杂Al的Mg2Ni(100)面的吸附及扩散.在清洁Mg2Ni(100)表面,氢原子可稳定地吸附于Mg-Ni桥位和Mg-Mg桥位,吸附能为1.19-1.52eV.在掺杂Al的Mg2Ni(100)表面,氢原子可稳定吸附于Al-Ni、Mg-Ni、Mg-Al桥位,吸附能为0.10-0.29eV.氢在掺杂Al的Mg2Ni(100)表面的吸附能低于其在清洁表面的吸附能,说明掺杂Al后氢原子与表面的相互作用减弱.过渡态计算结果表明,氢原子由清洁的Mg2Ni(100)面及掺杂Al的Mg2Ni(100)面扩散至次表层的势垒分别为0.59及-0.04eV,掺杂Al后氢原子的扩散势垒降低,说明氢原子更易由掺杂Al表面扩散至次表层.Al原子替代Mg2Ni(100)面的Mg原子减弱氢原子与表面的相互作用,降低氢原子由表层扩散至次表层的势垒,这可能是Mg2Ni合金掺杂Al可改善其吸氢动力学性能的主要原因之一.     

纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,计算了纤锌矿结构Zn1-xMgxO(x=0,0.0625,0.125,0.25)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明,Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变,与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大,进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱,禁带宽度变大,这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象,其吸收边对应波长分别为379,366,357和333nm,与实验结果相一致.     

ZrMn2（110）表面结构及吸氢机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,研究了ZrMn2（110）清洁表面结构和氢原子在表面的吸附。弛豫表面结构的计算结果表明表面结构的最表层为曲面,且表面结构的原子间隙变小。由1Zr2Mn原子组成的空位是氢原子吸附在ZrMn2（110）表面的最佳吸附位,吸附能为3.352 eV,氢原子吸附后离表面的距离为1.140 Å。Mulliken电荷布居分析表明吸附的氢原子与表面原子的相互作用主要是接近氢原子的第一层原子与氢原子的相互作用。过渡态计算表明被吸附的氢原子进入表面内部需克服的最大势垒为1.033 eV。     

Ca(BH_4)_2络合物电子结构及热力学稳定性的第一性原理研究

利用第一性原理研究了低温及高温相Ca(BH_4)_2络合物的电子结构、晶格振动及其反应焓.计算结果表明:低温及高温相Ca(BH_4)_2中Ca~(+2)与[BH_4]~-以离子键形式相结合,[BH_4]~-离子中B原子和H原子以共价键形式相结合,对该共价键有贡献的主要是B原子的2p轨道电子,H原子的1s轨道电子.Ca(BH_4)_2可能的反应路径为:Ca(BH_4)_2→2CaH_2+CaB_6+10H_2,该反应在300 K下反应焓为43.22 kJ/molH_2.拉伸B—H键所对应的声子频率较高,其值为2360～2500 cm~(-1),这可能是导致B—H键断裂释放氢气需要较高温度的主要原因之一.     

LiAlH4与Li3AlH6的成键特性及热力学稳定性

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法, 计算了LiAlH4分解反应中各个产物的晶胞参数、电子结构、生成焓和分解反应的反应焓. 反应中各固态、气态物质的晶胞的结构优化后的晶格参数与相应的实验值均符合得较好. 对LiAlH4与Li3AlH6的电子结构分析均表明, 其中的Al—H键为共价键、Li—H键为离子键. 对各分解反应的反应焓计算结果表明, (1) LiAlH4→1/3Li3AlH6+2/3Al+H2,(2) 1/3Li3AlH6→LiH+1/3Al+1/2H2及(3) LiH+Al→LiAl+1/2H2均为吸热反应, 298 K时计算的反应焓分别为14.3、14.9 与50.9 kJ·mol-1, 与相应的实验值符合得较好.     

纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法，计算了纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO(x=0，00625，0125，025)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明，Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变，与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大，进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱，禁带宽度变大，这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象，其吸收边对应波长分别为379，     

A molecular level study of liquid water with a flexible water model

The structural properties of water at different temperatures and pressures have been investigated by using a flexible water model and the inherent structure mechanism. The presence of 60$^\circ$ peak in the O--O--O angle distribution function and the behaviours of the hydrogen bonds in the first shell indicate that some water molecules in the second shell move toward the central molecules through the bending (not breaking) of hydrogen bonds and even become first-shell molecules of the central molecule on the basis of the O--O cutoff distance but not first-shell molecules by means of the hydrogen-bond criterion. The inherent-structure analysis of the O--O radial distribution functions at different pressures shows that the first peak is almost independent of the pressure; the position of second peak moves from 0.45 to 0.32nm as the pressure increases from $1\times 10^5$Pa to $1\times 10^9$Pa. This particularly evident pressure effect, i.e. the constant nearest-neighbours and the transformation of outer-neighbours on the basis of O--O distance, together with the results at different temperatures, gives a positive evidence for the two-state outer-neighbour mixture model: liquid water is a mixture of Ice-Ih-type-bonding and Ice-II-type bonding structures.     

Ca(BH4)2络合物电子结构及热力学稳定性的第一性原理研究

利用第一性原理研究了低温及高温相Ca(BH4)2络合物的电子结构、晶格振动及其反应焓。计算结果表明：低温及高温相Ca(BH4)2中Ca+2与[BH4]－以离子键形式相结合,[BH4]－离子中B原子和H原子以共价键形式相结合,对该共价键有贡献的主要是B原子的2p轨道电子,H原子的1s轨道电子。Ca(BH4)2可能的反应路径为：Ca(BH4)2→2CaH2+CaB6+10H2,该反应在300K下反应焓为43.22 kJ/mol H2。拉伸B—H键所对应的声子频率较高,其值为2360～2500cm-1,这可能是导致B—H键断裂释放氢气需要较高温度的主要原因之一。