杂质P对α-Fe中刃型位错上扭折电子结构的影响

利用离散变分方法和DMol方法,研究了P对bcc Fe中［100］(010)刃型位错上扭折电子结构的影响,计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度.计算结果表明：微量P引入体系后,电荷发生了重新分布,P原子得到电子,其周围Fe原子失去电子,由于P原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化,使P原子与近邻Fe原子间有较强的相互作用,不利于扭折的迁移,使位错运动受阻,有利于材料强度的提高.同时,杂质P原子与基体原子间的成键主要是d,p轨道起作用,使得它们之间的成键有较强的方向性,有可能 关键词： 电子结构 刃型位错 扭折 杂质元素     

杂质P对α-Fe中刃型位错上扭折电子结构的影响

利用离散变分方法和DMol方法，研究了P对bcc Fe中［100］(010)刃型位错上扭折电子结构的影响，计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度.计算结果表明：微量P引入体系后，电荷发生了重新分布，P原子得到电子，其周围Fe原子失去电子，由于P原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化，使P原子与近邻Fe原子间有较强的相互作用，不利于扭折的迁移，使位错运动受阻，有利于材料强度的提高.同时，杂质P原子与基体原子间的成键主要是d，p轨道起作用，使得它们之间的成键有较强的方向性，有可能     

难熔元素钨在NiAl位错体系中的占位及对键合性质的影响

用第一性原理离散变分方法研究了难熔元素钨(W)在金 属间化合物NiAl<100>(010)刃型位错体系中的占位以及对键合性质的影响, 计算了纯位错体系和掺杂体系的能量参数(结合能、 杂质偏聚能及原子间相互作用能)、 态密度和电荷密度分布. 体系结合能和杂质偏聚能的计算结果表明: 难熔元素W优先占据Al格位. 此外,由于难熔元素W的4d轨道与近邻基体原子Ni的3d轨道和Al的3p轨道的杂化, 使得掺杂体系中难熔元素W与近邻基体原子间的相互作用能加强; 同时难熔元素W与位错芯区近邻基体原子间有较多的电荷聚集, 这表明W与近邻基体原子间形成了较强的化学键. 难熔元素W对NiAl化合物的能量及电子结构有较大的影响, 从而影响位错的运动及NiAl金属间化合物的性能. 关键词： 电子结构 位错 金属间化合物 杂质     

位错及掺杂对球铁冲击韧性影响的电子机理

在球墨铸铁金属基体中建立α-Fe[100](010)刃型位错原子模型,利用基于密度泛函理论的CASTEP目的 计算C原子在位错芯区的埋置能、亲和能、电荷布居数等电子参数.结果表明:α-Fe[100](010)刃型位错芯区局域效应集中范围较小并具有C_2v点群对称性.位错芯区的能量低谷吸引轻质杂质C原子偏聚,C原子的2p轨道与刃型位错尖端Fe原子的4s价轨道之间发生电荷转移,具有较强的相互作用,使位错运动受阻.Fe-C原子间布居数较大、原子间距离较小表明,Fe-C原子间有生成渗碳体化合物的倾向.Si原子掺杂渗碳体的结合能及各原子轨道分波态密度表明,Si原子能够促使渗碳体分解,析出碳硅化合物成为石墨球化的核心,从而改善球墨铸铁的冲击韧性.     

钢铁材料组织超细化机理的电子理论研究

通过计算机编程建立奥氏体相中的1/2［110］刃位错，用实空间的递推方法计算碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的环境敏感镶嵌能，进而讨论碳、氮及合金元素在位错区的 偏聚及交互作用.计算结果表明：分立的轻杂质C，N易偏聚在位错区，它们在刃位错上方形 成柯氏气团；合金元素在完整的奥氏体晶体中趋于均匀分布，强、中碳化物形成元素（Ti, V, Nb, Cr）易在刃位错区偏聚，它们在位错上方形成柯氏气团，而非碳化物形成元素Ni偏 聚于位错线下方，或分布于非缺陷区；轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚.当 温度下降使得C，N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时，在钢的奥氏体刃位错区将有C，N化合物脱溶，这些化合物可作为奥氏体再结晶的异质晶核，细化晶粒. 关键词： 电子结构 位错 超细化     

Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的第一性原理研究

本文基于第一性原理研究了Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的稳定性、能带结构、态密度以及电荷分布.得到Be掺杂单层MoS_2体系在实验上较容易实现,在三者掺杂体系中稳定性最强.与此同时,掺杂体系的带隙值都降低,有利于电子的跃迁,增强了导电性能;掺杂原子打破了原体系的平衡关系,导致周边S原子p轨道上的多余的电子会与近邻Mo原子d轨道上的电子产生相互作用;平衡的打破,也导致了杂质原子周围存在着电荷聚集和损失的现象.     

Fe-N共掺杂锐钛矿相TiO2电子性质与光学性质的第一性原理研究

近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV而最低点与价带相距大约0.2 eV;N掺杂引起的杂质能带位于价带顶部附近. Fe和N共掺杂后杂质能带由两部分组成,位于价带顶上方0.62 eV和导带底下方0.22 eV处,其中一层杂质能带主要由N原子的2p轨道和Fe原子的3d轨道杂化形成,而另一条杂质能带主要由Fe原子的3d轨道形成,由于杂质能级的出现,使锐钛矿TiO2的禁带宽度变小.对光学性质分析发现:Fe和N共掺杂会使锐钛矿TiO2光学吸收带边红移,可见光区的光吸收系数明显增大,在低能区出现了新的吸收峰,对应能量为1.82 eV,与实验结果相符.     

H2O分子在Fe(100), Fe(110), Fe(111)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H2O分子与Fe(111)晶面的相互作用最强,其次是Fe(100),相互作用最弱的是Fe(110)表面,而这与晶面原子的排列密度相关.吸附体系的电子结构计算结果也得出了相似的结论.同时电荷布居分析表明,H2O分子与Fe表面相互作用时,O原子与基底原子之间的电荷交换使基底Fe原子表面带负电,导致表面电位降低,也促使Fe表面更易于发生电化学腐蚀反应.     

H,O,N,He原子掺杂Al原子的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,对Al中分别加入H,O,N和He原子后的晶体状态进行了研究.通过晶体结构和形成能分析比较了杂质原子占据不同位置的难易程度及对晶体稳定性的影响,并从态密度、电荷密度和电荷布居的角度,分析了其电子结构.结果表明:H、O和N原子占据金属Al的四面体间隙最稳定,而He原子主要占据金属Al的八面体间隙. O和N原子与Al原子具有强烈的共价作用,H原子与Al原子存在共价作用但相对较弱,而He原子与Al原子的相互作用以范德华力为主.进一步揭示了四种原子在金属Al中不同行为的电子机制.     

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.     

Energetics and electronic structure of refractory elements in the dislocation of NiAl

Using DMol and the discrete variational method within the framework of the density functional theory,we study the alloying effects of Nb,Ti,and V in the [100](010) edge dislocation core of NiAl.We find that when Nb(Ti,V) is substituted for Al in the center-Al,the binding energy of the system reduces 3.00 eV(2.98 eV,2.66 eV).When Nb(Ti,V) is substituted for Ni in the center-Ni,the binding energy of the system reduces only 0.47 eV(0.16 eV,0.09 eV).This shows that Nb(Ti,V) exhibits a strong Al site preference,which agrees with the experimental and other theoretical results.The analyses of the charge distribution,the interatomic energy and the partial density of states show that some charge accumulations appear between the impurity atom and Ni atoms,and the strong bonding states are formed between impurity atom and neighbouring host atoms due mainly to the hybridization of 4d5s(3d4s) orbitals of impurity atoms and 3d4s4p orbitals of host Ni atoms.The impurity induces a strong pinning effect on the [100](010) edge dislocation motion in NiAl,which is related to the mechanical properties of the NiAl alloy.     

The effect of boron on the electronic structure of dislocation in NiAl

The segregation effect of B on the [100](010) edge dislocation core in NiAl single crystals is investigated using the DMol method and the discrete variational method within the framework of density functional theory. The impurity segregation energy and the charge distribution are calculated. The effects of B on the dislocation motion are discussed. The results show that B prefers to segregate at the Center-Al dislocation core. Moreover, B forms strong bonding states with its neighboring host atoms, which ma...     

H2O分子在Fe（100）, Fe（110）, Fe（111）表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H₂O分子在Fe（100）,Fe（110）,Fe（111）三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H₂O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H₂O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H₂O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H₂O分子与Fe（111）晶面的相互作用最强,其次是Fe（100）,相互作用最弱的是Fe（110）表面,而这与晶面原子 关键词： 第一性原理 Fe单晶表面 2O分子')" href="#">H₂O分子 分子吸附     

掺杂元素Fe对LiAlH4放氢性能影响的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法研究掺杂元素Fe对LiAlH4放氢性能的影响及其作用机理.计算杂质形成能、电子态密度、氢原子分解能,分析原子间的成键情况和结构的稳定性.结果表明:Fe在LiAlH4中占据间隙位置或者替代Al或者Li时,都能改善LiAlH4的放氢性能.Fe在LiAlH4中倾向于占据间隙位置,电子结构分析显示Fe占据间隙位置时与近邻的Al原子产生强烈的相互作用;另一方面,Fe与近邻的H也有较强相互作用.两个因素共同的结果是破坏了[AlH4]基团的稳定性,从而改善LiAlH4的放氢性能.结果与实验相吻合.     

钛原子位置对立方BaTiO3电子结构的影响

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法,计算了Ti原子位置对BaTiO3电子结构的影响.Ti的位置变化导致晶格畸变,使电子结构发生变化;从能带结构、能态密度(DOS)、电子密度、Mulliken布居等计算结果分析表明,导带和价带主要由Ti的3d电子和O的2p电子,Ti原子位置的变化,使Ti的3d电子能量分布上移,而O的2p电子能量下移;Ti位置变化,Ti的3d电子与的sp电子形成的杂化轨道更趋向离子化,以致于使OI出现了正电荷,表明发生了的2p电子向Ti的转移;O原子电子的转移使得Ti原子在导带的3d电子能量降低,与O原子在价带的2p电子能量重叠,禁带消失;随着畸变程度提高,转移逐渐增强,使禁带宽度逐渐减小,直至完全消失.     

Structural and electronic properties of Fe-doped BaTiO3 and SrTiO3

We have performed first principles calculations of Fe-doped BaTiO3 and SrTiO3. Dopant formation energy, structure distortion, band structure and density of states have been computed. The dopant formation energy is found to be 6.8eV and 6.5eV for Fe-doped BaTiO3 and SrTiO3 respectively. The distances between Fe impurity and its nearest O atoms and between Fe atom and Ba or Sr atoms are smaller than those of the corresponding undoped bulk systems. The Fe defect energy band is obtained, which mainly originates from Fe 3d electrons. The band gap is still an indirect one after Fe doping for both BaTiO3 and SrWiO3, but the gap changes from Γ-R point to Γ-X point.