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     

TiAl/Ti3Al体系剪切变形的分子动力学研究

利用分子动力学方法研究了正化学比的TiAl/Ti₃Al双相体系中剪切变形诱发位错形核以及相关结构转变的动态过程以及切变力场对最终结构的影响.研究发现,在TiAl/Ti₃Al双相体系中剪切变形诱发黏滞-滑移式的滑移行为;界面在其中起到了传递能量、均衡协变的作用,界面两侧的异相结构保留了单相形变特征.六角密堆积（HCP）-Ti₃Al部分各原子层较长时间内呈整体剪切协变,其后形变分化为应力集中诱发层错区和初始完整结构回复区;而面心立方（FCC）-TiAl部分因刚性较大仅存在微协变,其后局部受力区直接诱发相邻原子层间相对滑移,发生FCC向HCP结构转变.变形结构方面,HCP-Ti₃Al部分在剪切力较大区域形成连续且稳定的FCC堆垛,近界面区FCC薄层与HCP相交替并存;而FCC-TiAl部分内禀层错和孪晶共存,当力场增大时形成亚稳HCP结构. 关键词： 3Al')" href="#">TiAl/Ti₃Al 分子动力学模拟 剪切变形 层错结构     

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.     

Ti$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;B$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;($lt;i$gt;n$lt;/i$gt;=1–10)团簇的结构与稳定性:基于从头算的研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法, 结合从头算的CCSD(T)方法对Ti₂B_n(n=1–10)团簇的稳定性和电子性质进行了研究. 发现两个Ti原子的掺杂导致B_n团簇结构发生了根本性变化. 随着n的增大, Ti₂B_n团簇结构生长非常规律. 所有的最稳定结构都可看成双锥结构, 并且两个Ti原子处在双锥结构的锥顶. 根据二阶差分能量分析, 得出Ti₂B_n(n=1–10)团簇的幻数是6, 7和8. 进一步分析了团簇的Ti原子解离能、B原子解离能以及团簇的电子亲和势和电离势. 这些能量分析表明Ti₂B₆团簇既有良好的热力学稳定性, 又有良好的动力学稳定性. 应用前线轨道理论, 对Ti原子与B₆之间的成键进行了分析, 了解其稳定性的根源. 关键词： 2B_n团簇')" href="#">Ti₂B_n团簇 稳定性 从头计算 电子结构     

Ti与莫来石陶瓷衬底的界面反应

在抛光的200℃莫来石陶瓷衬底上电子束蒸发淀积200nm的Ti膜，并在高真空中退火，利用二次离子质谱（SIMS）、俄歇电子能谱（AES）和X射线衍射分析（XRD）研究了从200—650℃Ti与莫来石的固相界面反应．结果表明，在淀积过程中，最初淀积的Ti与衬底表面的氧形成Ti—O键，并有微量元素态Al，Si原子析出，界面区很窄；450℃，1h退火后，界面区有所展宽，但变化不大；650℃，1h退火后，界面发生强烈反应，样品主要由TiO＋Ti，Ti₃Al，Ti₃Al＋TiSi₂和莫来石陶瓷衬底四层结构组成 关键词：     

Si在TiAl3中取代行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Si原子在TiAl₃中的格点取代行为.通过对不同原子被置换后的c/a值、形成能以及电子态密度的计算和比较,发现Si原子倾向于取代TiAl₃中的Al原子,其取代行为主要由系统的电子结构决定,计算结果与实验相符.为了进一步研究Si原子的取代行为,对Si原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成能以及电子态密度进行了计算,结果表明Si原子倾向于取代TiAl₃中松散分布的Al（2）原子.对c/a值的计算表明,随Al（2）格点Si原子浓度的增加,c/a值逐渐增大;而当Si取代Al（1）格点时,c/a值随Si原子浓度的增加而减小.研究表明,Si在TiAl₃中的极限固溶度介于12.5at%—18.75at%之间. 关键词： 密度泛函理论 第一性原理 电子结构 3')" href="#">TiAl₃     

Magnéli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magnéli相亚氧化钛Ti₈O₁₅的电子结构和光学性能. 计算出的能带结构显示Ti₈O₁₅相比锐钛型TiO₂禁带宽度大幅度降低. 态密度分析表明, 其原因在于Ti₈O₁₅的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p, 3d轨道相对于TiO₂的相应轨道向左产生了偏移, 同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d, 3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级. 态密度分析结果还显示, 相对于TiO₂, Ti₈O₁₅ Fermi能级附近电子格局发生了如下变化: O原子的2p轨道电子贡献减少, Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大. 光吸收计算图谱表明, TiO₂仅在紫外光区有较高的光吸收能力, 而Ti₈O₁₅由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区, 从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力, 计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致. 关键词： 第一性原理 8O₁₅')" href="#">Magnéli相亚氧化钛Ti₈O₁₅ 电子结构 光学性能     

Magnli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magneli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能.计算出的能带结构显示Ti₈O₁₅相比锐钛型TiO₂禁带宽度大幅度降低.态密度分析表明,其原因在于Ti₈O₁₅的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p,3d轨道相对于TiO₂的相应轨道向左产生了偏移,同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d,3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级.态密度分析结果还显示,相对于TiO₂,Ti₈O₁₅Fermi能级附近电子格局发生了如下变化:O原子的2p轨道电子贡献减少,Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大.光吸收计算图谱表明,TiO₂仅在紫外光区有较高的光吸收能力,而Ti₈O₁₅由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区,从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力,计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致.     

新型二维材料Ti3C2Tx MXene制备及其气敏性能研究

随着石墨烯材料的发现,二维材料被人们广泛认识并逐渐应用,相比于传统二维材料,二维过渡金属碳化物(MXene)的力学、磁学和电学性能更加优异.本文分别利用HF溶液和LiF/HCl溶液刻蚀Ti₃AlC₂获得了Ti₃C₂T_x样品,通过电子扫描显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和气敏特性分析,研究了刻蚀剂对Ti₃C₂T_x材料结构和气敏性能的影响.材料结构分析表明:HF和LiF/HCl刻蚀剂均对Ti₃C₂T_x材料具有良好的刻蚀效果;气敏性能结果表明:LiF/HCl刻蚀剂制备的Ti₃C₂T_x的气敏性能优于HF刻蚀剂,并实现了室温下宽范围、较高灵敏和较高稳定地检测NH₃.分析认为:LiF/HCl溶液刻蚀制备的Ti₃C₂T<...     

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     

NMR: hyperfine interactions in oxides and metals

A NMR characterisation is given of various polymorphs of TiO₂ (anatase, rutile and brookite), Ti₂O₃, perovskites CaTiO₃ and BaTiO₃, FeTiO₃, TiB₂, titanium metal, the titanium aluminides Ti₃Al, TiAl, TiAl₂, TiAl₃, and TiAg. Values of chemical or Knight shift, nuclear quadrupole coupling constant and asymmetry parameter were derived from the (1/2, −1/2) powder lineshapes. For TiB₂, titanium metal, TiAl, and TiAl₃, where ±(1/2, 3/2), and higher satellite transitions were observed, a value for the axial component of the Knight shift was obtained.     

In situ surface analytical investigation of the thermal oxidation of Ti–Al intermetallics up to 1000 °C

The low pressure high temperature oxidation behavior of Ti–Al intermetallics are of interest to power technology aiming to synthesize this material by sintering of powders. This paper presents in situ surface analytical studies of the composition of a two-phase TiAl/Ti₃Al bulk microcrystalline system after oxidizing the same (sputtered) reference surface for 30 min at various oxygen partial pressures and temperatures varying between room temperature (RT) and 1000 °C. The results show that oxidation already begins at very low (<5×10⁻¹⁰ mbar) oxygen pressure, producing Al₂O₃ and the lower oxidation states of Ti. As the oxygen pressure and oxidation temperature increases, TiO₂ becomes dominant up to 900 °C. No phase transition of Al₂O₃ has been observed in this range. No sign of a blocking behavior of the oxide layer is seen. At 1000 °C a new oxide phase, Al₂TiO₅ appears, changing the composition and behavior of the surface drastically. The observed results can be explained by qualitative thermodynamic arguments. The thickness and composition of the oxide overlayer is, however, primarily determined by the oxygen supply.     

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.     

Microstructure and oxidation of hot-dip aluminized titanium at high temperature

High-temperature diffusion of a hot-dip aluminized titanium is conducted to study microstructure changes and oxidation behavior of the aluminized titanium. After aluminizing, the titanium substrate is covered by a black layer in which tiny block-shaped TiAl₃ particles are scattered in aluminum matrix. Based on the diffusion experiment results, the thickness of the aluminum diffusion layer at 800 °C increases with diffusion time. However, the aluminum diffusion layer at 900 °C grows and reaches its maximum thickness in 6 h, and then the thickness of the aluminum diffusion layer is reduced with prolonged diffusion time. An inversion of the diffusion layer thickness versus time appears for the aluminized titanium treated at 1000 °C, and the thickness of the diffusion layer keeps declining with diffusion time. The phases present in the outer and middle sublayers are titanium-rich TiAl₃ and equilibrium TiAl₃, respectively. However, the phase in inner sublayer changes from titanium-rich TiAl₃ to TiAl₂ and TiAl as diffusion temperature and time increase. Through energy-dispersive X-ray and X-ray diffraction analysis, the oxides formed in the oxidation process are Al₂O₃ and Al₂TiO₅. Although the oxide scale formed on the surface of the aluminized titanium has an insufficient stability and integrity, the thermal oxidation resistance of the aluminized titanium is still improved by over 5 times compared with that of the pure titanium.     

H,He对Ti_3SiC_2材料力学性能影响的第一性原理研究

层状三元化合物Ti_3SiC_2兼具陶瓷与金属的优良性能而得到诸多研究领域的关注.本工作采用第一性原理密度泛函理论研究了氢、氦对该材料解理断裂行为的影响,以期探讨Ti_3SiC_2作为核应用材料的可行性.结果表明Si—Ti相对较弱的化学键使之相应的原子层间成为解理断裂面.氢与氦都易在此原子层间聚集.氦的聚集严重降低材料的解理断裂临界应力促使材料的断裂,而氢则对该临界应力影响不大.两者的差异源于这两类原子与材料中晶体原子相异的电子杂化行为.     

Site preference of Ti and Nb in L12-ordered Co-Al-W phase and their effect on the properties of the alloy: first-principles study

In this work,the equilibrium structure,electronic and elastic properties of L1₂-ordered Co-Al-W and Co-Al-W-X(X=Ti and Nb)phase were calculated,using first-principles calculations.Among six nonequivalent sites(Al₁,Al₂,Co₃,Co₄,W₅,W₆),Ti and Nb prefer to occupy the W₆site,since the formation enthalpy of the system is lowest when Ti and Nb occupy the W。site.Both Ti and Nb most affect the density of states of Al atoms.Compared with the Al₂ site,which is the sub-preference site of Ti and Nb,the density of states of Al atoms is higher with the addition of Ti and Nb in the W₆site,which means that the latter system is more stable.According to the bulk modulus B,shear modulus G,Young's modulus E,hardness Hv and Poisson's ratioσ,for Co₃(AI,W)alloy,the addition of Ti and Nb in the W₆site decreases its hardness hut increases its duetility.This work cnnfirms that Ti and Nh can stahilize the Cag(Al,W)alloy and have a positive effect in solving the relatively poor ductility of this alloy,which has important implications for the development of cobalt.based alloys.     

P213 BN: a novel large-cell boron nitride polymorph

A new boron nitride polymorph, P2₁3 BN (space group: P2₁3), is investigated by first-principles calculations, including its structural properties, stability, elastic properties, anisotropy and electronic properties. It is found that the new boron nitride polymorph P2₁3 BN is mechanically, dynamically and thermodynamically stable. The bulk modulus (B), shear modulus (G) and Young's modulus of P2₁3 BN are 91 GPa, 41 GPa and 107 GPa, respectively, all of which are larger than that of Y carbon and TY carbon. By comparing with c-BN, the Young's modulus, shear modulus and Poisson's ratio of P2₁3 BN show tiny anisotropy in the (001), (010), (100) and (111) planes. At the same time, in contrast with most boron nitride polymorphs, P2₁3 BN is a semiconductor material with a smaller band gap of 1.826 eV. The Debye temperature and the anisotropic sound velocities of P2₁3 BN are also investigated in this work.