Cr,Mo,Ni在α-Fe(C)中占位、键合性质及合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,采用广义梯度近似下的PW91泛函形式,计算了合金元素Cr,Mo,Ni固溶于α-Fe(C)的电子结构,从晶格畸变、结合能、态密度、重叠布居及差分电荷密度等计算结果出发探讨了合金元素在α-Fe(C)中占位、键合性质及其合金化效应,结果表明:Cr优先占据铁素体晶胞顶角位置,而Mo,Ni优先占据体心位置;Cr与晶胞的结合能最大,晶胞最稳定,Ni次之,Mo最低;Cr,Mo,Ni在晶胞中都存在金属键、共价键和微弱离子键的共同作用,成键轨道主要是Cr3d与Fe3d,Mo4d与Fe3d,Ni3d与Fe3d,C2p的交互作用形成的;Cr与晶胞原子间的键合作用强,晶胞的稳定性好,对增强钢材的机械性能帮助较大,Ni的键合作用较弱,但还是能保持晶胞的稳定性,Mo虽然键合作用强,但反键作用也非常强,使晶胞的稳定性大大降低,对钢材的机械性能危害较大.     

Ti, C, N在α-Fe基中的合金化效应及对键合性质的影响

基于第一性原理赝势平面波方法研究了合金元素Ti, C, N对α-Fe基电子结构及键合性质的影响, 计算了含Ti, C, N的Fe基固溶体的总能量、结合能, 分析了态密度、电荷布居数、交叠布居数和电荷密度, 从理论上解释了在Fe基中固溶Ti, C, N后其性能改善的原因. 结果表明, 随着Fe基固溶体中Ti(0-12.5 at%), C(0-11.11 at%), N(0-11.11 at%)含量增加, 结合能略有增加; Ti, C, N的固溶使各Fe基固溶体在费米能级处强烈成键, 结合能力增强, 并且在费米能级附近出现赝能隙, 表明固溶体中金属键与共价键共存; 随着Ti, C, N含量的增加, C, N分别与Ti, Fe之间的共价键结合强度加强, 部分C, N原子会与Ti原子结合形成TiC, TiN颗粒, 起到沉积相颗粒强韧化作用.     

Cr,Mo,Ni在$lt;i$gt;α$lt;/i$gt;-Fe（C）中占位、键合性质及合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,采用广义梯度近似下的PW91泛函形式,计算了合金元素Cr,Mo,Ni固溶于α-Fe（C）的电子结构,从晶格畸变、结合能、态密度、重叠布居及差分电荷密度等计算结果出发探讨了合金元素在α-Fe（C）中占位、键合性质及其合金化效应,结果表明：Cr优先占据铁素体晶胞顶角位置,而Mo,Ni 优先占据体心位置;Cr与晶胞的结合能最大,晶胞最稳定,Ni次之,Mo最低;Cr,Mo,Ni 在晶胞中都存在金属键、共价键和微弱离子键的共同作用,成键轨道主要是Cr3d与Fe3d,Mo4d与Fe3d,Ni3d与Fe3d,C2p的交互作用形成的;Cr与晶胞原子间的键合作用强,晶胞的稳定性好,对增强钢材的机械性能帮助较大,Ni的键合作用较弱,但还是能保持晶胞的稳定性,Mo虽然键合作用强,但反键作用也非常强,使晶胞的稳定性大大降低,对钢材的机械性能危害较大.关键词：第一性原理α-Fe（C）')\" href=\"#\">α-Fe（C）键合性质合金化效应     

Ti，C，N在a-Fe基中的合金化效应及对键合性质的影响

基于第一性原理赝势平面波方法研究了合金元素Ti,C,N对a-Fe基电子结构及键合性质的影响,计算了含Ti,C,N的Fe基固溶体的总能量、结合能,分析了态密度、电荷布居数、交叠布居数和电荷密度,从理论上解释了在Fe基中固溶Ti,C,N后其性能改善的原因．结果表明,随着Fe基固溶体中Ti（0-12．5ac％）,C（0—11．11at％）,N（0—11．11at％）含量增加,结合能略有增加;Ti,C,N的固溶使各Fe基固溶体在费米能级处强烈成键,结合能力增强,并且在费米能级附近出现赝能隙,表明固溶体中金属键与共价键共存;随着Ti,C,N含量的增加,C,N分别与Ti,Fe之间的共价键结合强度加强,部分c,N原子会与Ti原子结合形成TiC,TiN颗粒,起到沉积相颗粒强韧化作用．     

3d过渡金属在NiAl中的占位及对键合性质的影响

通过赝势平面波方法系统地研究了3d过渡金属元素在B2-NiAl中的占位以及对键合性质的影响.通过形成能得出Sc,Ti,V 和Zn元素优先取代NiAl中的Al位,而Cr,Mn,Fe,Co和Cu优先取代Ni位.通过分析晶格常数变化量、电荷聚居数、交叠聚居数以及价电荷密度分布, 讨论了晶格畸变和键合性质的变化.结果表明: 取代Al的Sc,Ti,V和Zn元素掺杂使NiAl中晶格发生畸变,这对NiAl键合性质的变化起着重要作用,这些掺杂元素与第一近邻Ni原子产生强烈的排斥作用,形成反键,同时它们之间发生较大的电荷转关键词：NiAl金属间化合物3d过渡金属第一性原理键合性质     

腐蚀介质在γ-Fe (1 1 1)表面吸附的第一性原理研究

氯化物熔盐作为传热储热工质,在太阳能热发电系统中应用时会造成金属管道的腐蚀和失效,严重威胁系统的运行安全.本文采用第一性原理方法,构建了不同腐蚀介质(Cl原子、H原子、O原子、OH基团以及H₂O分子)在γ-Fe(111)表面的吸附微观物理模型,并阐明了其吸附性能.结果发现：Cl原子和H原子在γ-Fe(111)表面最稳定的吸附点位为Fcc位,O原子和OH基团最稳定的吸附位点为Hcp位,H₂O分子最稳定的吸附位点位Top位.另外,O原子在γ-Fe(111)表面的吸附能和得到的电荷数最大,分别为-8.073 eV和0.53.这为管道的腐蚀研究提供了理论支撑.     

BiXO3 (X= Cr,Mn, Fe,Ni)结构稳定性的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法的第一性原理计算及化学势的热力学平衡原理,对BiXO₃ (X= Cr, Mn, Fe, Ni)的结构稳定性进行了仔细的研究. 结果表明,这四种多铁化合物中, BiFeO₃最稳定, BiCrO₃次之, 而BiMnO3和BiNiO3则很难在热平衡条件下稳定,因此在样品制备中要多考虑热平衡之外的手段.关键词：3')\" href=\"#\">BiXO₃结构稳定性第一性原理     

Al,Cr共偏析α-Fe晶界对其结合强度影响的第一性原理研究

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似(GGA)研究了合金化元素Al,Cr在α-Fe+(210)晶界共偏析的作用.结果表明Cr提高了Fe晶界结合,为韧性杂质;而Al减弱了晶界的结合,是脆性杂质.Cr不能够彻底地消除Al的脆化作用,反而使其脆性增强.基于偏聚能分析表明Cr能有效地抑制Al偏析到晶界,提高α-Fe的力学性能.     

Cr、Mn、Co、Ni掺杂对Al13Fe4相稳定性和力学性能影响的第一性原理研

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同掺杂浓度下过渡族元素Cr、Mn、Co、Ni在Al13Fe4相中的占位情况、结构稳定性和机械性能. 计算得到所有的Al13(Fe24-xMx) (M=Cr、Mn、Co、Ni;X=1,2,4)相都具有良好的热力学稳定性和机械稳定性. 相同掺杂浓度化合物的形成焓按如下顺序减小：Al78(Fe24-xCrx) > Al78(Fe24-xMnx) > Al13Fe4 > Al78(Fe24-xNix) > Al78(Fe24-xCox).形成焓的降低增加了Al13Fe4相成核驱动力,Co和Ni有利于促进Al-Fe合金中Al13Fe4相形核,细化Al13Fe4相. 过渡族元素可以改善金属间化合物的脆性,增强塑性变形能力. 并且随着掺杂浓度的增加,过渡族元素的加入对脆性的改善呈先增大后减小的趋势.     

稀土La在α-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了α-Fe的Σ3[110](112)对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在α-Fe中的占位倾向.结果表明,La在α-Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的α-Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定.     

高压下γ'-Fe4N晶态合金的声子稳定性与磁性

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了高压下有序晶态γ’-Fe₄N合金的晶格动力学稳定性与磁性. 对比没有考虑磁性的γ’-Fe₄N的声子谱, 得出压力小于1 GPa时, 自发磁化诱导了铁磁相γ’-Fe₄N基态晶格动力学稳定. 压力在1.03-31.5 GPa时, Σ线上的点(0.37, 0.37, 0)、对称点X和M 上相继出现了声子谱软化现象. 压力在31.5-60.8 GPa时, 压致效应与自发磁化对诸原子的作用达到了稳定平衡, 表现出了声子谱稳定. 压力大于61.3 GPa时, 随着压力的增大压力诱导体系动力学不稳定性越强. 通过软模相变理论对于γ’-Fe₄N, 在10 GPa下的声学支声子的M点处软化现象的处理, 发现了动力学稳定的高压新相P2/m-Fe₄N. 压力小于1 GPa时高压新相P2/m-Fe₄N 是热力学稳定的相, 且磁矩与γ’-Fe₄N的磁矩几乎相同. 2.9-19 GPa时, P2/m相的焓比γ’相的焓小, 基态结构更稳定. 大于20 GPa时, 两相磁矩几乎相同.     

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

α-Fe₂O₃是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe₂O₃的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe₂O₃的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.     

(MgC)n (n=1~10)团簇结构稳定性及金属性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对同比例二元团簇(MgC)n (n=1~10)的结构稳定性和金属性进行比较系统的研究。结果显示：当原子总数N=2, 4, 6, 8, 12时,二元团簇的结构为平面形状,其余为对称性较低的三维构型,且Mg3C3为幻数结构。另外,在二元团簇的形成过程中,镁、碳原子并不是均匀分布于空间中,而是首先形成各自倾向的构型,再结合成团簇。同时,(MgC)n (n=1~10)二元团簇的基态结构在原子总数N=10时发生突变,由平面形向三维结构转变。此外,最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙值除N=8外呈逐渐降低的趋势,说明在同比例二元团簇随尺寸增加的演化中出现半导体性与金属性间的相互转变行为。     

(MgC)n (n=1~10)团簇结构稳定性及金属性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对同比例二元团簇(MgC)n (n=1~10)的结构稳定性和金属性进行比较系统的研究。结果显示：当原子总数N=2, 4, 6, 8, 12时,二元团簇的结构为平面形状,其余为对称性较低的三维构型,且Mg3C3为幻数结构。另外,在二元团簇的形成过程中,镁、碳原子并不是均匀分布于空间中,而是首先形成各自倾向的构型,再结合成团簇。同时,(MgC)n (n=1~10)二元团簇的基态结构在原子总数N=10时发生突变,由平面形向三维结构转变。此外,最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙值除N=8外呈逐渐降低的趋势,说明在同比例二元团簇随尺寸增加的演化中出现半导体性与金属性间的相互转变行为。     

高温高压方法合成碳包覆γ-Fe_2O_3纳米棒及其磁学性能

采用高温高压(HPHT)方法,以水热法制备的聚乙烯醇包覆FeOOH纳米棒为前驱体,合成了碳包覆γ-Fe2O3纳米棒.通过使用多种表征方法,研究了HPHT过程中合成温度对样品结构和形貌的影响,并对样品的生长机理进行了探讨.利用振动样品磁强计测量了样品的室温磁学性质.实验结果表明,反应温度为400?C,压强为1 GPa条件下制备的碳包覆γ-Fe2O3纳米棒具有较高的长径比(直径约为20 nm,长度约为150 nm),矫顽力可达到330 Oe(1 Oe=79.5775 A/m).该方法为制备具有核壳结构的一维纳米材料提供了新思路.     

First-principles studies of electronic,optical,and mechanical properties of γ-Bi_2Sn_2O_7

The detailed theoretical studies of electronic,optical,and mechanical properties of γ-Bi_2Sn_2O_7 are carried out by using first-principle density functional theory calculations.Our calculated results indicate that γ-Bi_2Sn_2O_7 is the p-type semiconductor with an indirect band gap of about 2.72 e V.The flat electronic bands close to the valence band maximum are mainly composed of Bi-6s and O-2p states and play a key role in determining the electrical properties of γ-Bi_2Sn_2O_7.The calculated complex dielectric function and macroscopic optical constants including refractive index,extinction coefficient,absorption coefficients,reflectivity,and electron energy-loss function show that γ-Bi_2Sn_2O_7 is an excellent light absorbing material.The analysis on mechanical properties shows that γ-Bi_2Sn_2O_7 is mechanically stable and highly isotropic.