金属Fe与间隙H原子相互作用的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了不同摩尔比下H在α-Fe和γ-Fe晶格中的间隙占位情况, 计算了稳态晶体的总能量、结合能、溶解热、电子态密度、电荷差分密度和电荷布居, 分析了间隙H原子和Fe晶格之间的相互作用, 讨论了H溶解对α-Fe和γ -Fe晶体电子结构的影响. 结果表明: H溶解引起α-Fe和γ-Fe晶体点阵晶格畸变, 体积膨胀率随着溶氢量的增加而增加. 从能量角度分析发现, H优先占据α-Fe的四面体间隙位, 而在γ -Fe中优先 占据八面体间隙位. 态密度、电荷差分密度以及电荷布居分析发现, 间隙H原子与Fe晶格的相互作用仅由H的1s轨道电子和Fe的4s轨道电子所贡献, 二者作用力相对较弱, 这是造成H在Fe晶格中固溶度较低的主要原因之一. 关键词： 金属Fe 间隙H原子 第一性原理 溶解热     

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     

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     

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     

bcc Fe中刃型位错的结构及能量学研究

基于位错理论，利用分子动力学方法建立了〈100〉{010}，〈100〉{011}，1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的芯结构，并计算了这四种刃型位错的形成能、位错芯能量和芯半径.计算结果表明：〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的形成能比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的要高，这表明〈100〉刃型位错比1/2〈111〉刃型位错更难形成.而〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的芯半径比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的小，这说明在1/2〈111〉刃型位错中位于奇异区的原子数多于〈100〉刃型位错，而这些原子要比完整晶体中的原子具有更大的活性.可见，1/2〈111〉刃型位错比〈100〉刃型位错更易运动，且〈100〉刃型位错在bcc Fe中难以形成. 关键词： bcc Fe 刃型位错 分子动力学模拟     

Fe中刃型位错上扭折及掺杂体系的电子结构

利用离散变分方法和DMol方法,研究了体心立方Fe中1/2［111］（110）刃型位错上扭折及掺杂（N,O）体系的电子结构.能量（杂质偏聚能及格位能）计算结果表明,杂质元素N,O进入扭折芯区的偏聚趋势,这与位错扭折引起的晶格畸变有关.同时,在杂质元素周围有一些电荷聚集,导致扭折上电荷的不均匀分布,杂质原子得到电子,其周围Fe原子失去电子.由于N原子的2p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化,使N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;而O与最近邻Fe原子之间的相互作用较弱.杂质-扭折复合体的局域效应明显影响体系的电子结构、能量及性能. 关键词： 电子结构 刃型位错 扭折 杂质元素     

稀土元素在α-Fe和Fe_3C中分配行为的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用分配焓研究了Sc,Y,Ce和La四种稀土元素在α-Fe和Fe3C之间的分配行为,并讨论了稀土合金渗碳体的平均重叠布居数和态密度.研究结果表明:α-Fe和Fe3C中的稀土元素均呈现一定的反铁磁性.在铁磁态和无磁态时这些稀土的分配焓均为负,说明了它们更容易分配并固溶于渗碳体,且使渗碳体中Fe—C共价键和Fe—Fe金属键增强,从而提高了渗碳体的稳定性;此外,Sc更容易占据渗碳体中Fe的4c位置,而Y,Ce和La更容易置换渗碳体中的8d位置,与平均重叠布居数和态密度分析的结果一致.     

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

微通道内流动因表面积/体积比值极大, 造成许多微尺度效应, 进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性. 本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象, 采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度ε_LL, 流体原子间平衡距离σ_LL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σ_LS对通道内流体密度分布的影响规律. 数值模拟中, 统计系综取微正则系综, 势能函数选用LJ/126模型, 壁面设为Rigid-atom壁面, 温度校正使用速度定标法, 牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法. 模拟结果表明, 随ε_LL的减弱, 近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大; 而σ_LL 则同时影响流体原子的存在形态和密度分布, 较大的σ_LL 会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列, 较小的σ_LL会使得流体原子呈现不断变化的 "团簇" 结构; 随σ_LS的变大, 近壁面区流体密度振荡幅度增大, 且流体密度分布起点离壁面越远. 另外, 本文还从近壁面区流体原子的 "俘获-逃逸" 行为角度, 初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律. 关键词： 纳米通道 微流动 密度分布 分子动力学     

NaZn13型Fe基化合物的结构和热力学性质研究

利用Chen-Mbius晶格反演获得的原子间相互作用势,对NaZn₁₃型Fe基金属间化合物进行原子级模拟研究.计算结果表明,Si原子和Co原子均优先占据96i晶位,Si原子和Co原子替代Fe原子后晶体平均结合能降低.随着Co含量的增加,LaFe_13-x-yCo_ySi_x和NdFe_13-x-yCo_ySi_x的晶格参数逐渐降低.声子态密度中,稀土原子主要激发低频模,Si原子主要激发高频模.LaFe_11.5-yCo_ySi_1.5化合物的德拜温度随Co含量的增加而增高. 关键词： 晶格反演 原子间相互作用势 热力学性质 磁致冷材料     

单轴应变对H在α-Fe中占位及扩散的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了H在不同单轴应变下α-Fe中的间隙占位,计算了H原子的溶解能、态密度、电荷差分密度和电荷布居.结果表明:不同单轴拉压应变作用下,H原子优先占据四面体间隙(Ts)位,且随着压应变减小、拉应变增加,H原子越易溶于α-Fe.压应变使得Ts位的H获得更多的电子,而拉应变减少了这种电荷转移.应用LST/QST过渡态搜索计算垂直应变方向的扩散.八面体间隙位是邻近Ts位H的扩散过渡态.扩散激活能与应变呈线性关系,且随着压应变的增加,扩散激活能降低,扩散更容易.     

Enhancement of microwave absorption of nanocomposite BaFe_(12)O_(19)/α-Fe microfibers

Nanocomposite BaFe12O19/α-Fe microfibers with diameters of about 1-5 μm are prepared by the organic gelthermal selective reduction process. The binary phase of BaFe12O19 and α-Fe is formed after reduction of the precursor BaFe12O19/α-Fe2O3 microfibers at 350℃ for 1 h. These nanocomposite microfibers are fabricated from α-Fe (16-22 nm in diameter) and BaFe12O19 particles (36-42 nm in diameter) and basically exhibit a single-phase-like magnetization behavior, with a high saturation magnetization and coercive force arising from the exchange-coupling interactions of soft α-Fe and hard BaFe12O19 . The microwave absorption characteristics in a 2-18 GHz frequency range of the nanocomposite BaFe12O19/α-Fe microfibers are mainly influenced by their mass ratio of α-Fe/BaFe12O19 and specimen thickness. It is found that the nanocomposite BaFe12O19/α-Fe microfibers with a mass ratio of 1:6 and specimen thickness of 2.5 mm show an optimal reflection loss (RL) of 29.7 dB at 13.5 GHz and the bandwidth with RL exceeding 10 dB covers the whole Ku-band (12.4-18.0 GHz). This enhancement of microwave absorption can be attributed to the heterostructure of soft, nano, conducting α-Fe particles embedded in hard, nano, semiconducting barium ferrite, which improves the dipolar polarization, interfacial polarization, exchange-coupling interaction, and anisotropic energy in the nanocomposite BaFe12O19/α-Fe microfibers.     

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.     

易轴取向对Nd2Fe14B/α-Fe双层膜退磁过程影响的微磁学分析

运用一维和三维微磁学模拟探究了易轴与外场存在偏角β情况下Nd₂Fe₁₄B/α-Fe 双层膜的磁矩反转过程, 计算了磁矩反转过程中磁滞回线和磁能积, 并与实验结果进行了对比. 计算结果表明, 在膜面内的易轴偏角β严重影响磁矩反转过程. 当β≠0°时, 磁矩反转过程中无明显成核现象, 随着易轴偏角β的增大, 剩磁显著减小, 磁滞回线方形度变差, 导致磁能积急剧减小. 对于Nd₂Fe₁₄B(10 nm)/α-Fe(8 nm)双层膜, β=10°时, 最大磁能积下降30.3%. 在磁矩反转过程中, 总能量最大时对应的外磁场能随易轴偏角的增大而减小, 交换作用能先增大后减小, 磁晶各向异性能则随着易轴偏角的增大而增大. 软磁相厚度越大, 双层膜的磁能积受易轴偏角影响越大. 在膜面外的易轴偏角对磁矩反转过程也有类似的影响. 关键词： 微磁学模拟 磁晶易轴 磁能积 能量     

Ag掺杂AlN半导体光电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平面波超软赝势法,对Ag掺杂AlN 32原子超晶胞体系进行几何结构优化,计算并分析体系的电子结构、磁性和光学性质.结果表明:Ag掺杂后,Ag4d态电子与其近邻的N2p态电子发生杂化,引入杂质带形成受主能级,实现p型掺杂,使体系的导电能力增强,同时表现出金属性和弱磁性,其净磁矩为1.38μ_в.掺杂形成的N-Ag键电荷集居数较小,表现出强的离子键性质.掺杂后体系的介电函数虚部和光吸收谱在低能区出现新的峰值,同时复折射率函数在低能区发生变化,吸收边向低能方向延展,体系对长波吸收加强,能量损失明显减小.     

预退火时间对Fe_(80.8)B_(10)P_8Cu_(1.2)非晶合金微结构及磁性能的影响

研究了预退火时间对Fe_(80.8)B_(10)P_8Cu_(1.2)非晶合金微结构及磁性能的影响.穆斯堡尔谱研究表明:在660 K的预退火温度下,随着预退火时间的增加,Fe原子不断富集,非晶基体中的类Fe_3B化学短程有序结构向类Fe B结构转变,并且非晶基体中Fe第一近邻壳层中Cu原子的逐渐脱离以及Fe-P配位键数量的明显减少可间接表征CuP团簇的形成过程.同时,本研究通过调节预退火时间来调控非晶基体中CuP团簇和Fe团簇的数量,促进后续退火晶化过程中α-Fe纳米晶相的析出,并细化纳米晶尺寸,从而获得综合磁性能更加优异的非晶/纳米晶软磁合金.