金红石结构TiO2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO2的结构和热力学性质。常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好。另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系。     

NbSi2奇异高压相及其热力学性质的第一性原理研究

采用基于粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO, 并结合第一性原理的VASP程序, 在175 GPa发现NbSi₂的奇异立方高压相. 在此结构中, Nb原子形成金刚石结构, 而Si原子则形成正四面体镶嵌在金刚石结构中. 声子谱计算结果表明该结构是动力学稳定的. 电子结构分析表明, 六角相和立方相NbSi₂均为金属, 对金属性贡献较大的是Nb原子, 而且Nb和Si原子之间存在明显的p-d杂化现象, 电荷更多地聚集在Si四面体中. 利用“应力应变”方法, 计算了NbSi₂的弹性常数, 分析了其体积模量、剪切模量、杨氏模量和德拜温度等热动力学性质随压力的变化并进行了详细的讨论. 根据剪切模量和体积模量的比值分析了NbSi₂两种相结构的脆性和延展性, 发现压力会导致六角相NbSi₂的延展性增加, 但对立方相结构的延展性影响较小; 采用经验算法计算了NbSi₂两种相结构硬度变化情况, 结合这一比值进行了详细的分析. 弹性各向异性计算结果表明, 随着压力增加, 六角结构的各向异性增强, 而立方结构的各向异性减小.     

CaS电子结构和热力学性质的第一性原理计算

根据密度泛函理论,采用平面波赝势和广义梯度方法,计算了Ca S的晶体结构和电子结构.通过准谐徳拜模型预测了硫化钙的体积变化率、体弹模量、热膨胀系数分别与温度和压强的变化关系,以及热容和温度的变化关系.     

高压下Fe2S的相变及热力学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法研究了高压下Fe2S的结构相变、弹性性质和热力学性质. 计算表明, 当压强增加到124±10 GPa时, Fe2S(Co2P型)的晶格常数发生了突变, 轴向比c/a从1.20跃迁到1.35, 向C37结构(Co2Si型)转变. 弹性模量的计算结果也证实了Fe2S的这一结构相变. 根据弹性模量, 获得了高压下Fe2S的声速,相对于纯Fe, S元素提升了纵波声速. 通过准谐德拜模型预测了200 GPa, 2000 K范围内Fe2S的热力学性质.     

金红石结构TiO2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO₂的结构和热力学性质.常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好.另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.     

MgCu4Sn型稀土镁合金相力学和热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了典型立方结构合金相LaMgX4(X=Co, Ni, Cu)的力学特性和热力学特性。根据广义胡可定律计算了合金相的单晶弹性常数;根据单晶弹性常数和Hershey’s averaging方法计算了合金相的多晶弹性模量、泊松比、Zener各向异性因子和德拜温度。采用基于准谐近似的Gibbs2代码计算了LaMgX4(X=Co, Ni, Cu)合金相的吉布斯自由能、熵和等体热容与温度的关系。LaMgNi4的计算结果与其他文献计算结果及实验结果符合的很好。结果表明：LaMgX4 (X= Co, Ni, Cu)合金均为延展性、塑性和弹性各向异性材料。德拜温度按以下顺序递减：LaMgNi4>LaMgCu4>LaMgCo4。     

AlAs相变及热动力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的全势能线性糕模轨函法研究了闪锌矿（B3）,NiAs（B8）和岩盐（B1）结构的AlAs的相变、结构性质以及热动力学性质.对B3-B8和B3-B1结构的能量体积曲线做公切线,得到了B3→B8相变压力为5.44 GPa,并预测到B3→B1相变压力为6.46 GPa.同时计算了高压下B8相的结构性质,结果显示当V/V₀≈0.7—1.05时,c/a基本保持恒定（仅有约 0.2%的波动）;当V/V₀≈0.4—0.7,c/a随着V/V₀的减小而近似线性地增大.通过状态方程拟合,得到了AlAs的相对体积V/V₀与压强P的函数关系,B8相的状态方程与实验结果符合很好.最后利用准谐德拜模型得到了AlAs的体弹模量B随压力P的变化关系以及不同压强下热容C_V与温度T的关系.关键词：相变热力学性质第一性原理     

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.     

ZrV2结构、弹性和热力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.     

含能离子盐TKX-50状态方程及热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理, 结合德拜模型和晶格动力学理论, 对二羟基联四唑羟铵盐(TKX-50)在温度和压力加载下的热力学性质和状态方程进行研究。计算表明: TKX-50在零温零压下的晶格参数与实验数据吻合较好。在此基础上分析了TKX-50在不同温度和压力下的晶格结构演化及相关热力学性质。结果表明: TKX-50晶格沿a轴方向最难压缩; 定容热容受压强和温度强烈的影响; 德拜温度、格林艾森常数、热膨胀系数受压强影响较大。计算结果不仅揭示了温度和压力对TKX-50热力学性质的影响规律, 为预测和解释其温压性能提供指导, 也能够为TKX-50工程应用和风险评估提供必要的理论支撑。     

氟阴离子掺杂对NaMgH3储氢性能影响的第一性原理研究

化学氢化物NaMgH₃由于具有较高的氢质量和体积密度而被认为是颇具开发潜力的贮氢材料之一.文中采用基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势（PW-PP）方法,初步探讨了氟阴离子影响NaMgH₃放氢性能的机理.计算结果表明,氟取代氢化物中的部分氢导致了氢化物形成焓及反应焓的降低,改善了体系的热力学性能,有利于氢化物的放氢.关键词：储氢材料氟掺杂形成焓反应焓     

高压下TiAl3结构及热动力学性质的第一性原理研究

采用平面波赝势密度泛函理论研究了钛铝系金属间化合物TiAl₃的结构性质, 计算值与实验值及其他理论值相符合. 通过准谐德拜模型研究了TiAl₃的热动力学性质, 计算得到了相对体积(V/V₀)与压强和温度的关系, 以及不同温度和压强下的热膨胀系数和热容. 与TiAl的计算结果进行对比, 发现随着温度的升高, TiAl的热膨胀系数增大的速度高于TiAl₃, 且随着压强的增大温度效应减弱; TiAl₃的热容值近似为TiAl的热容值的2倍.关键词：结构性质热动力学性质第一性原理高压     

Substitution effects on the hydrogen storage behavior of AB2 alloys by first principles

The hydrogen storage behavior of the TiCr₂ and ZrCr₂ alloys substituted with the third components (Zr, V, Fe, Ni) have been studied using first-principles calculations. The change of the hydrogen absorption energies caused by metal doping is arising from the charge transfer among the doped alloys interior. Zr and V atoms devoted abundant electrons, leading to a great enhancement of the H absorption energy, while Fe and Ni atoms always accepted electrons, yielding a remarkable decrease of the H absorption energy. The hydrogen diffusion energy barrier is closely correlated with the geometry effect rather than the electronic structure.     

Cr2MC(M=Al, Ga)的电子结构、弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文使用第一性原理的GGA/RPBE方法研究了Cr₂MC(M=Al, Ga)的电子结构、弹性和热力学性质. 研究发现两个化合物的体积压缩性几乎相同, 并且证实了在0—50 GPa范围内c轴始终较a轴更难以压缩并且结构始终是稳定的. 通过对内坐标的研究发现了Cr₂AlC中Cr离子的内坐标始终大于Cr₂GaC中Cr离子的内坐标. 使用准谐德拜模型得到的体弹模量在0 GPa下随着温度的升高而减小, 而在300 GPa下则随着温度的升高而增大. 对德拜温度的研究发现Cr₂GaC的值小于Cr₂AlC的值, 而对热膨胀系数、Grüneisen参数、熵和热容的计算发现Cr₂GaC的值大于Cr₂AlC的值. 对电子结构的分析发现Cr₂GaC的s和p电子在费米能级处的值大于Cr₂AlC的s和p电子的值, 而其他离子的电子分布几乎一致.     

First-principles investigation on the elastic stability and thermodynamic properties of Ti₂SC

Using Vanderbilt-type plane-wave ultrasoft pseudopotentials within the generalized gradient approximation(GGA) in the frame of density functional theory(DFT),we have investigated the crystal structures,elastic,and thermodynamic properties for Ti2SC under high temperature and high pressure.The calculated pressure dependence of the lattice volume is in excellent agreement with the experimental results.The calculated structural parameter of the Ti atom experienced a subtle increase with applied pressures and the increase suspended under higher pressures.The elastic constants calculations demonstrated that the crystal lattice is still stable up to 200 GPa.Investigations on the elastic properties show that the c axis is stiffer than the a axis,which is consistent with the larger longitudinal elastic constants(C 33,C 11) relative to transverse ones(C 44,C 12,C 13).Study on Poisson’s ratio confirmed that the higher ionic or weaker covalent contribution in intra-atomic bonding for Ti2SC should be assumed and the nature of ionic increased with pressure.The ratio(B/G) of bulk(B) and shear(G) moduli as well as B/C 44 demonstrated the brittleness of Ti2SC at ambient conditions and the brittleness decreased with pressure.Moreover,the isothermal and adiabatic bulk moduli displayed opposite temperature dependence under different pressures.Again,we observed that the Debye temperature and Gru¨neisen parameter show weak temperature dependence relative to the thermal expansion coefficient,entropy,and heat capacity,from which the pressure effects are clearly seen.     

碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附3个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度为300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600-700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚.