点缺陷对L1_2-Al_3Li金属间化合物热力学性能的影响

运用基于第一性原理的平面波赝势法研究了L12-Al3Li金属间化合物中Li原子空位和Al原子反位缺陷对Al3Li热力学性能的影响,结果表明:Al反位缺陷易与周围原子形成局域共价键,使晶体体积增大,而Li空位缺陷却减小了晶体体积.Li空位缺陷使L12-Al3Li的硬度增加,延展性降低,德拜温度值升高.Al反位缺陷降低了晶体的硬度,增加了延展性,降低了德拜温度值.在德拜温度以下,Li空位缺陷减小了L12-Al3Li的热容,而Al反位缺陷使晶体热容增大.晶格畸变对L12-Al3Li晶体的热力学性能有重要影响.     

B_2-AgMg金属间化合物点缺陷行为的理论研究

运用密度泛函理论研究了B_2-AgMg金属间化合物中Mg原子空位,反位和Al原子空位,反位缺陷对AgMg热力学性能的影响.结果表明:Mg和Ag反位缺陷由于与周围原子形成典型的共价键而更易于形成.这四种缺陷的出现,破坏了晶体的有序结构,导致了B_2-AgMg金属间化合物的硬度,脆性以及德拜温度出现了不同程度的降低.     

高压下Ti_2AlX(X=C,N)的结构、力学性能及热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了压力对Ti_2AlC与Ti_2AlN结构、力学性能的影响.研究发现压力的增大会使体系的体积比降低,Ti_2AlC压缩性较Ti_2AlN好.力学性能研究发现,压力的增大使材料抵抗变形能力增强,体系的延展性有了很大的提升,当压力超过40 GPa后,Ti_2AlC与Ti_2AlN从脆性材料转变为延性材料,体模量与剪切模量的比值达到1.75,延展性有了很大的提升.通过准谐德拜模型,分析了压力与温度对Ti_2AlC与Ti_2AlN体模量、热容及热膨胀系数的影响.结果表明,随着温度的升高,Ti_2AlN与Ti_2AlC的体模量下降.定容热容与定压热容的变化趋势相同,但在高温下,定容热容遵循Dulong-Petit极限,温度对热容的影响效果较压力明显.温度与压力对Ti_2AlN与Ti_2AlC线膨胀系数的影响主要发生在低温区域.     

α-Al2O3(0001)表面原子缺陷对ZnO吸附影响

采用基于密度泛函理论的分子动力学方法，对α-A12O3(0001)表面A1，O原子空位缺陷及其对ZnO吸附进行了理论计算．电子局域函数显示了表面空位处的电子密度变化，表面Al原子空缺处有非常明显的缺电子区域，悬挂键临近O的电子密度增大，有利于对Zn的吸附；O原子空缺处的Al原子处存在孤立电子，其ELF值为0．05-0．3，将有利于同电负性较大的O或O^2-结合．通过吸附动力学模拟与体系能量的计算发现，表面缺陷显著增强了表面的化学吸附，空缺原子处都被吸附原子填补，吸附结合能远大于单晶表面的情况．在Al空缺的表面，由于ZnO的O与表面O形成双键，破坏了α-Al2O3(0001)表面O六角对称结构，减小了O的表面扩散，从而不利于规则的ZnO薄膜生长．相反，O的空缺表面，弥补了α-Al2O3(0001)表面O空位缺陷，不影响基片表面O六角对称结构．     

点缺陷浓度对非化学计量比L12型结构的A13Sc弹性性能的影响

采用密度泛函理论与Wagner-Schottky热力学模型计算了金属间化合物L1₂-A1₃Sc中点缺陷浓度与温度、成分间的关系. 结果表明: 在考察的温度区间(T=300-1200 K), 理想化学计量比L1₂-A1₃Sc中的点缺陷主要为Al空位和Sc空位, 且缺陷浓度较低(在1200 K时仅约为10^-6). 当L1₂-A1₃Sc偏离化学计量比成分时, 富Al成分端的点缺陷主要为Al反位与Sc空位, 且两种缺陷的浓度相当; 富Sc成分端的点缺陷则主要为Sc反位. 利用超胞模型进一步计算了含点缺陷L1₂-A1₃Sc晶体的弹性常数, 并计算预测了点缺陷形式和浓度对其弹性性能的影响. 结果表明: 在理想化学计量比成分附近, 点缺陷的引入均会降低非化学计量比L1₂-Al₃Sc晶体的杨氏、剪切和体积弹性模量, 增加非化学计量比L1₂-Al₃Sc弹性性能的各向异性, 但是对其脆-韧性的影响不大.     

空位缺陷对金属基外延石墨烯态密度和电导率的影响

考虑到空位缺陷的存在和原子非简谐振动,以铜、镍基外延石墨烯为例, 研究了金属基外延石墨烯空位缺陷浓度和态密度以及电导率随温度的变化规律,探讨了空位缺陷的影响。结果表明：(1) 空位缺陷浓度随温度升高而非线性增大,外延石墨烯的空位缺陷浓度及其随温度的变化率均大于石墨烯; (2) 与石墨烯相同,金属基外延石墨烯的态密度变化曲线对电子能量为0为对称,但空位缺陷的存在使态密度在电子能量为零时的值不为零,空位缺陷对导带态密度的影响大于价带;态密度随空位缺陷浓度的增大而线性减小,但减小幅度不大,而温度对石墨烯态密度几乎无影响;（3）金属基外延石墨烯的电导率近似等于电子声子相互作用贡献的电导率,并随温度升高而非线性减小;空位缺陷的存在使电导率有所减小,但只在较高温度下才明显。原子非简谐振动情况的电导率稍大于简谐近似的电导率,温度愈高,两者电导率的差愈大,即非简谐效应愈显著。     

微观相场法模拟Ni75Al5.3V19.7中L12和D022结构反位缺陷的演化

运用微观相场法研究Ni75Al5.3V19.7合金沉淀过程中L12结构和D022结构反位缺陷发现:在沉淀初期,L12结构反位缺陷AlNi,Vni,NiA1,D022结构反位缺陷Vni,AlNi,Ni,AlV的浓度均从初始高度反位状态随沉淀过程的进行逐渐减小并趋于一平衡值;沉淀中后期,L12结构和D022结构长大,反位缺陷浓度始终保持平衡,平衡时L12结构的α格点反位缺陷AlNi,Vni,D022结构的α格点反位缺陷VNI,AlNI的浓度均在10-2数量级,Ll2结构和D022结构的β格点的反位缺陷NiA1,NiV,的浓度在10-1数量级,NiAl,NiV反位缺陷分别是这两种结构的主要反位缺陷类型;第三组元在有序相中有择优占位倾向,V原子优先占据L12:结构的β格点,Al原子优先占据D022结构的α格点.     

密度泛函理论研究高温高压下UO2弹性与热力学性能

采用第一性原理与准谐德拜模型研究UO2在高温高压条件下的弹性与热力学性能。UO2在高温高压下仍属离子型晶体,并且弹性性能计算表明,四角方向剪切常数在高温与高压下均保持稳定。高温下弹性常数C44没有明显变化,而高压下C44迅速增大。体积模量、剪切模量与杨氏模量均随压强增加而增大;高温条件下,体积模量、剪切模量与杨氏模量也未出现明显的降低,表明UO2在高温度高压下均可保持良好的力学性能。不同压强下,UO2定容热容均随温度迅速增大,并在1000 K 附近趋近于杜隆-佩蒂特极限。德拜温度则随温度降低,随压强升高。在低于室温条件下,热膨胀系数随温度急剧增加;温度继续增加,系数的增加趋势则逐渐变缓。计算结果还表明,UO2的热膨胀系数在相同条件下,远小于其他核材料。     

高温高压下合金碳化物Fe3Mo3C热力学性质的第一性原理计算

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe₃Mo₃C的热力学性质.在压强范围为0～40 GPa和温度范围为0～1200 K的条件下,Fe₃Mo₃C的体积比V/V₀、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大. Fe₃Mo₃C的热容C_v、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.     

Al和O间隙原子对α-Al_2O_3热力学性质影响的第一性原理计算

Al粒子作为铝热剂中的主要金属还原剂,通常会自发氧化而在表面形成Al_2O_3钝化层.Al和O原子的扩散渗透将使Al_2O_3壳层的结构和热力学性质发生变化进而对铝热剂的点火过程产生影响.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合准简谐徳拜模型和晶格动力学理论,计算并比较了α-Al_2O_3,Al原子掺杂α-Al_2O_3以及O原子掺杂α-Al_2O_3在高温高压下的相关热力学性质,讨论了Al和O原子掺杂对其热力学性质的影响.结果表明:在研究的温度和压力范围内,Al和O间隙原子的掺杂将使α-Al_2O_3的体模量减小,热容和热膨胀系数增大.这一结果意味着对于外表面包覆Al_2O_3的纳米Al粒子而言,高温高压下Al和O原子在Al_2O_3壳层中的扩散将使得Al_2O_3更具延展性而不利于发生剧烈散裂.     

理论研究VTiTaNbAlx高熵合金的结构与弹性力学性质

实验已证明VTiTaNbAlx高熵合金(HEAs)为单相固溶体,它采用了体心立方结构. 在这篇文章中,我们使用基于密度泛函理论的饼模轨道(EMTO)结合相干势近似(CPA)方法,计算并分析了此高熵合金体系的平衡体性质,弹性常数及多晶弹性模量. 结果表明：此系列高熵合金符合单相高熵合金的理论判据,具有较好的内在塑性,等摩尔比的VTiTaNb高熵合金趋于弹性各向同性. 随着Al含量的增加,此系列高熵合金的弹性各向异性趋于增大,但对多晶弹性模量几乎没有影响;同时讨论了基于弹性常数计算的德拜温度.     

理论研究VTiTaNbAl_x高熵合金的结构与弹性力学性质

实验已证明VTiTaNbAl_x高熵合金(HEAs)为单相固溶体,它采用了体心立方结构.在本文中,我们使用基于密度泛函理论的饼模轨道(EMTO)结合相干势近似(CPA)方法,计算并分析了此高熵合金体系的平衡体性质,弹性常数及多晶弹性模量.结果表明:此系列高熵合金符合单相高熵合金的理论判据,具有较好的内在塑性,等摩尔比的VTiTaNb高熵合金趋于弹性各向同性.随着Al含量的增加,此系列高熵合金的弹性各向异性趋于增大,但对多晶弹性模量几乎没有影响;同时讨论了基于弹性常数计算的德拜温度.     

The influence of 3d-metal alloy additions on the elastic and thermodynamic properties of CuPd3

Embedded-atom method （EAM） potentials are used to investigate the effects of alloying （e.g. 3d-metals） on the trends of elastic and thermodynamic properties for CuPd3 alloy. Our calculated lattice parameter, cohesive energy, and elastic constants of CuPd3 are consistent with the available experimental and theoretical data. The results of elastic constants indicate that all these alloys are mechanically stable. Further mechanical behavior analysis shows that the additions of Cr, Fe, Co, and Ni could improve the hardness of CuPd3 while V could well increase its ductility. Moreover, in order to evaluate the thermodynamic contribution of 3d-metals, the Debye temperature, phonon density of states, and vibrational entropy for CuMPd6 alloy are also investigated.     

高压下Ni3Al热力学性质的第一性原理研究

运用第一性原理方法结合准谐Debye-Grüneisen模型研究了高压下Ni3Al的热力学性质,拟合了Ni3Al的状态方程,计算了不同压强下Ni3Al的弹性模量及吉布斯自由能等热力学性质随温度的变化关系. 计算结果表明：采用七阶Birch-Murnaghan方程拟合的晶格常数与实验测量结果吻合较好;零压下弹性模量、吉布斯自由能、焓、熵、热容和体膨胀系数随温度的变化与实验值符合较好;在特定压强下,Ni3Al的弹性模量和吉布斯自由能随温度升高而减小,焓、熵随温度升高而增加;预测的德拜温度约为500K,与实验值符合较好.     

Thermal properties of high-k Hf_1-xSi_xO₂

Classical atomistic simulations based on the lattice dynamics theory and the Born core-shell model are performed to systematically study the crystal structure and thermal properties of high-k Hf1-xSixO2 . The coefficients of thermal expansion, specific heat, Grneisen parameters, phonon densities of states and Debye temperatures are calculated at different temperatures and for different Si-doping concentrations. With the increase of the Si-doping concentration, the lattice constant decreases. At the same time, both the coefficient of thermal expansion and the specific heat at a constant volume of Hf1-xSixO2 also decreases. The Grneisen parameter is about 0.95 at temperatures less than 100 K. Compared with Si-doped HfO2 , pure HfO2 has a higher Debye temperature when the temperature is less than 25 K, while it has lower Debye temperature when the temperature is higher than 50 K. Some simulation results fit well with the experimental data. We expect that our results will be helpful for understanding the local lattice structure and thermal properties of Hf1-xSixO2 .     

The structural, elastic and thermodynamic properties of thorium tetraboride

The structural, elastic and thermodynamic properties of thorium tetraboride (ThB₄) have been investigated by using first-principles plane-wave pseudopotential density functional theory with generalized gradient approximation. The behaviors of structural parameters under 0-70 GPa hydrostatic pressure are studied by means of Broyden, Fletcher, Goldfarb, and Shanno (BFGS) geometry optimization scheme. By using the stress-strain method, single crystal elastic constants are calculated to test the mechanical stability of the crystal structure and to determine mechanical properties such as bulk modulus at each pressure. However, in order to study the thermodynamic properties of ThB₄, the quasi-harmonic Debye model is used. Then, the dependencies of bulk modulus, heat capacities, thermal expansions, Grüneisen parameters and Debye temperatures on the temperature and pressure are obtained in the whole pressure range 0-70 GPa and temperature range 0-1500 K.     

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运用密度泛函理论方法,采用MS中CASTEP模块计算了铀晶体的能量随体积变化的关系,并绘制了E-V曲线。运用准谐振子德拜模型计算了压强从0~100GPa、温度从0~2000K下的晶体铀的相对体积,发现相对体积随着温度和压强的增加而减小。并成功得到了热膨胀系数、热容、以及体弹模量随温度和压强的变化关系。预测了铀的热力学性质。为铀晶体在高温高压下的实验研究提供了理论依据。     

非简谐振动对SiC类石墨烯热输运性质的影响

考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,计算了SiC类石墨烯的简谐系数和非简谐系数,得到它的德拜温度、热容量和热导率等随温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动对它的热输运性质的影响.结果表明:SiC类石墨烯的德拜温度随温度的升高而在117-126 K之间线性增大,定容比热随温度升高而非线性增大,热导率随温度升高而非线性减小,温度较低时变化较快,而温度较高时变化较慢,并随着温度升高而趋于常量;考虑到非简谐振动后,SiC类石墨烯的德拜温度、定容比热和热导率的值分别大于、小于和大于简谐近似的相应值,温度愈高,其差值愈大,即温度愈高,非简谐效应的影响愈显著;二维平面状的SiC类石墨烯的定容比热和热导率随温度的变化规律,与三维块状SiC晶体总体趋势相同,只是具体数值不同.