NiTi形状记忆合金马氏体相变的第一性原理研究

为了理解NiTi形状记忆合金马氏体相变的机理，基于密度泛函的第一性原理研究了温度和应力对电子结构的稳定性的影响.通过对态密度的分析，发现随着温度的降低和变形的增加，B2相的态密度升高，能级兼并性提高，从而导致结构的稳定性降低，促进相变的发生. 关键词： NiTi 电子结构 第一性原理计算 相变     

NiTi合金的第一性原理研究

采用第一原理平面波方法,计算了NiTi合金B2相的体相性质,如晶格常数,形成能和结合能,弹性常数,计算的结果和实验数据以及别人的计算结果符合得很好.其次,计算了NiTi(100),(110)表面的几何结构和电子结构,计算结果表明,(100)表面具有表面振荡现象,(110)表面产生了表面波纹,最外层的Ti原子相对理想表面向真空层移动了0.198?,Ni原子向表面内移动了0.122?.比较表面的电子结构,NiTi(100)表面Ti端位较Ni端位更容易发生反应,而(110)表面较体相更稳定. 关键词： NiTi 第一性原理 电子结构 表面     

Cu掺杂对TiNi合金马氏体相变路径影响的第一性原理研究

不同浓度的Cu元素掺杂会极大地影响TiNi二元合金的物理性质和相变行为.为了解释其中的物理机制,本文通过第一性原理计算,对TiNi和Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)的相变机制和相稳定性进行了计算和讨论.通过计算Cu掺杂前后立方相到正交相、再到单斜相过程中的相变路径和相变势垒,解释了Cu掺杂对二元合金TiNi相变过程的影响.计算结果表明:TiNi合金的正交相和单斜相之间存在一个大小为1.6meV的相变势垒;而对于Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25),这两个相之间的相变势垒大小至少为10.3meV,如此大的一个相变势垒意味着Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)合金的正交相很难跨过势垒相变到单斜相.     

NiTi形状记忆合金的价电子结构分析与马氏体相变

应用固体与分子经验电子理论，对ＮｉＴｉ合金的母相和马氏体相进行了价电子结构分析，计算了合金在两种状态下的结合能。计算结果与实验相符很好；在此基础上对ＮｉＴｉ合金的马氏体相变前后的宏观杨氏模量的变化从电子结构角度进行了解释。     

Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO2/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO2中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明:Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利于促进NiTi合金抗氧化性能的提高.     

Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb元素掺杂对B2构型NiTi金属间化合物电子结构的影响.点缺陷生成能的计算结果表明,Nb原子掺杂后,NiTi中产生Ni原子和Ti原子空位和反位点缺陷所需要的能量均明显升高;态密度计算结果表明,Nb原子掺杂后与临近原子发生了明显的s-s, p-p和d-d电子相互作用,增加了与临近原子之间的电荷密度,有利于Nb与合金原子的成键.这些由Nb掺杂所导致的NiTi电子结构和键合特征的变化均有利于促进Nb与合金原子的相互作用,在一定程 关键词： NiTi金属间化合物 点缺陷 电子结构 第一性原理计算     

Ce-La-Th合金高压相变的第一性原理计算

采用第一性原理计算对Ce_(0.8)La_(0.1)Th_(0.1)在高压下fcc-bct的结构相变、弹性性质及热力学性质进行了研究讨论.通过对计算结果的分析,发现了合金在压力下的相变规律,压强升高到31.6 GPa附近时fcc相开始向bct相转变,到34.9 GPa时bct相趋于稳定.对弹性模量的计算结果从另一角度反映了结构相变的信息.最后,利用准谐德拜模型对两种结构的高温高压热力学性质进行了理论预测.     

Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb掺杂对TiO₂/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO₂/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO₂中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明：Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利 关键词： NiTi金属间化合物 2/NiTi界面')" href="#">TiO₂/NiTi界面 电子结构 第一性原理计算     

NiTi(110)表面氧原子吸附的第一性原理研究

为了研究给定的NiTi的表面氧化过程,在保持体系中Ni和Ti原子总数相等的条件下,构建了一系列Ti原子在表面反位的c(2×2)-NiTi(110)缺陷体系,并利用第一性原理计算研究了氧原子在各种NiTi(110)反位缺陷体系的吸附行为以及表面形成能.计算结果表明:吸附氧原子的稳定性与表面Ti原子的富集程度有很大的关联性,体系表面Ti原子富集程度越高,氧原子吸附的稳定性越高;当覆盖度较高时,由于氧原子的吸附,可使Ni和Ti原子在表面出现反位.在富氧条件(μ_o≥-9.35 eV)下,氧原子在表面第1层中的全部Ni原子与第3层全部Ti换位的反位缺陷体系上的吸附最稳定,此时随着氧原子的吸附,表面上的Ti原子升高,导致向上膨胀生长形成二氧化钛层,且在其下方形成富Ni层,由此可合理地解释实验上发现NiTi合金氧化形成二氧化钛层的可能原因.     

Ge掺杂对InI导电性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在相同环境条件下对不同浓度Ge掺杂的In I导电性能进行了研究.建立了由不同浓度的Ge原子替代In原子的In1-x Ge x I(x=0,0.125,0.25)模型.对低温下高掺杂Ge原子的In1-x Ge x I半导体的优化参数、总态密度、能带结构进行了计算.结果表明:Ge的掺入使In1-x Ge x I材料的体积减小,总能量升高,稳定性降低;Ge原子浓度越大,进入导带的相对电子数量越多,In1-x Ge x I电子迁移率减小,电阻率增大,同时最小光学带隙也增大,有利于改善体系的核探测性能.     

The effect of Fe on the martensitic transformation of TaRu high-temperature shape memory alloys:A first-principles study

The effect of Fe on the martensitic transformation of TaRu high-temperature shape memory alloys has been investigated using first-principles calculations. The site preference of Fe in TaRu alloys has been clarified for the first time, and the results show that Fe is predicted to occupy Ru sites. The addition of Fe increases the stability of the Ta₅₀Ru_50-xFe_x β phase, leading to a significant decrease in the β to β′ martensitic transformation temperature. In addition, the mechanism of the Fe alloying effect is explained on the basis of the electronic structure.     

Effects of pre-deformation on the martensitic transformation and magnetocaloric property in Ni-Mn-Co-Sn ribbons

This paper investigates the martensitic transformation and magnetocaloric effect in pre-deformed Ni-Mn-Co-Sn ribbons.The experimental results show that the reverse martensitic transformation temperature T M increases with the increasing pre-pressure,suggesting that pre-deformation is another effective way to adjust T M in ferromagnetic shape memory alloys.Large magnetic entropy changes and refrigerant capacities are obtained in these ribbons as well.It also discusses the origin of the enhanced martensitic transformation temperature and magnetocaloric property in pre-deformed Ni-Mn-Co-Sn ribbons.     

On the entropic nucleation barrier in a martensitic transformation

The nucleation of martensite in alloys is hindered by a free energy nucleation barrier, hence comprising contributions of the potential energy and the entropy. The leading effect is commonly attributed to the potential energy barrier due to strain fields. In this contribution, we investigate the nature of the entropic barrier by means of molecular dynamics (MD) simulations. We study a transformation process of an undercooled single crystal and examine two nucleation events observed under adiabatic conditions using vibrational mode analysis of the atomic trajectories. Our analysis shows that martensitic nucleations are indicated by transit from a state of uncorrelated into a state of correlated atomic motions. This correlation process is built up locally by a small group of atoms even before the product lattice can be recognized morphologically and it produces vibrational ‘soft’ modes along transformation paths. Phase space analyses unveil that the correlation process is characterized by narrow domains – ‘nucleation channels’ – the atomic trajectories have to pass, connecting the phase space domains of the parent and the product lattice. For a successful nucleation event, the nucleus atoms have to pass this channel collectively, which stochastically represents a rare event. Thermal fluctuations prevent finding the channel at elevated temperature and give rise for entropic stabilization of the parent phase. This ‘entropic nucleation barrier’ is reduced in the undercooled state but still effective, thus preventing the parent phase from collapsing into the product. The entropic barrier may be interpreted as the probability of a group of atoms to simultaneously pass the nucleation channel. Such group then represents a nucleus.     

CoNiZ系列合金的结构和马氏体相变性质

利用X射线衍射研究了CoNiZ(Z＝Si，Sb，Sn，Ga 等)合金在不同热处理条件下的相组成.当Z元素为Sn，Sb时，材料是完全的B2结构；但Z为Si时，材料变成面心立方的γ相.形成B2还是γ相由电子浓度和原子尺寸效应两种因素共同决定.而CoNiGa的研究结果表明，在合金中除了形成B2结构的同时还容易形成γ相，常表现出两相共存的特性.对材料进行不同方式的热处理可以使合金中两相的含量有所消长,γ相含量的多少对CoNiGa合金的马氏体相变有很大的影响.分析指出，两相共存及其所带来的物性变化是CoNiGa铁磁性形状记忆合金非常有利用价值的物理性质. 关键词： Heusler合金 马氏体相变 γ相     

Relation between martensitic transformation temperature range and lattice distortion ratio of NiMnGaCoCu Heusler alloys

In order to study the relation between martensitic transformation temperature range AT （where AT is the difference between martensitic transformation start and finish temperature） and lattice distortion ratio （c/a） of martensitic transforma~ tion, a series of Ni46Mnz8_xGa22Co4Cux （x = 2-5） Heusler alloys is prepared by arc melting method. The vibration sample magnetometer （VSM） experiment results show that AT increases when x 〉 4 and decreases when x 〈 4 with x increasing, and the minimal AT （about 1 K） is found at x = 4. Ambient X-ray diffraction （XRD） results show that AT is proportional to c/a for non-modulated Ni46Mn28_xGa22Co4Cux （x = 2-5） martensites. The relation between AT and c/a is in agreement with the analysis result obtained from crystal lattice mismatch model. About 1000-ppm strain is found for the sample at x = 4 when heating temperature increases from 323 K to 324 K. These properties, which allow a modulation of AT and temperature-induced strain during martensitic transformation, suggest Ni46Mn24Ga22Co4Cu4 can be a promising actuator and sensor.     

应力诱发NiAl单晶马氏体相变的分子动力学模拟

利用嵌入原子势（EAM）,对NiAl单晶在外应力作用下的动态拉伸过程进行了分子动力学模拟.应力-应变曲线分析以及原子构型分析表明外应力诱发NiAl合金发生了马氏体相变,原子结构由B2相转变为L1₀相.通过研究原子构型的演化过程,发现马氏体相变是通过多个{110}孪晶面的扩展和湮灭作用来完成的.同时探讨了马氏体相变的微观机理. 关键词： 马氏体相变 NiAl 分子动力学模拟     

Ni4Ti3沉淀相对NiTi形状记忆合金相变行为的影响

采用第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法,建立了共格沉淀相与半共格沉淀相块状/柱状模型,模拟了温度诱发相变和应力诱发相变,分析了Ni₄Ti₃沉淀相对Ni Ti形状记忆合金相变行为的影响．结果表明,Ni₄Ti₃沉淀相本征应变诱发的弹性应力场对相变中马氏体变体类型、形核位置、分布等有重要影响.在温度诱发相变时,共格沉淀相促进部分马氏体变体的形核生长,能显著提高Ni Ti超弹性形状记忆合金的马氏体相变开始温度;在应力诱发相变时,Ni₄Ti₃沉淀相使马氏体早于无沉淀相区域形核,导致了相变应力降低、抑制了马氏体解孪,减小了应力-应变曲线的滞回环.