Zr4Al2高压下热动力学性质的第一性原理研究

本文主要通过平面波赝势密度泛函理论的第一性原理计算方法,采用了广义梯度近似（GGA）交换相关函数,研究了六角结构的Zr4Al2的EOS态方程和热动力学性质。通过采用了声子效应的准谐近似德拜模型,我们成功得到了晶胞体积V随温度以及V/V0、德拜温度Θ、热熔CV 随压强P的变化关系。另外,我们还研究了热膨胀系数α及格林参数γ随温度和压强的变化关系,计算结果表明格林参数和热膨胀系数随温度的升高而增加,但是在较高的温度下,热膨胀系数几乎不受温度的影响。     

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     

高压下Zn2GeO4带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Zn₂GeO₄晶体在高压下的电子结构和带隙变化行为. 研究结果发现, 随着压强的增加, Zn₂GeO₄ 能带间隙先变大, 在压强为9.7 GPa时达到最大值, 然后减小. 通过电子态密度、电荷布居数和电子差分密度分布图的研究分析可知:在低压区域(0< P< 9.7 GPa), 带隙的变大主要是由于原子间距离的减小造成的共价性增强和Ge原子随压强的变大局域性增强引起的; 在高压区域(P>9.7 GPa), 则是出现了离域现象, 诱发了离域电子的产生, 从而使带隙减小.     

LiFePO4 晶格动力学性质的第一性原理研究

基于考虑了Fe-3d电子间的库仑作用U和交换作用J的GGA+U方案,应用第一性原理计算系统研究了LiFePO₄的晶格动力学性质.我们计算并分析了玻恩有效电荷张量、布里渊区中心的声子频率和声子色散曲线.玻恩有效电荷张量显示各向异性,佐证了LiFePO₄中锂离子沿一维通道[010]方向迁移的机理.布里渊区中心点声子频率的计算值和相应的实验结果符合得比较好. 关键词： 4')" href="#">LiFePO₄ 晶格动力学 第一性原理计算     

Zr60Al15Ni25大块非晶合金晶化动力学研究

通过等温示差扫描量热法研究了Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅大块非 晶合金的晶化动力学.实验结果表明，晶化过程的孕育期很短，即使在743 K这样低的温度下也不过0.52 min，而放热峰宽（反应整个晶化过程进行的时间）却随退火温度的降低明显增大，这说明了结晶过程是一个晶核长大控制的过程.Avrami指数表明在不同的退火温度，该合金的晶化机制发生了变化.晶化机制的变化是由于合金原子在不同温度下的扩散能力相差很大所致. 关键词： 晶化动力学 60Al₁₅Ni₂₅大块非晶合金')" href="#">Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅大块非晶合金 示差扫 描量热法（DSC）     

高压下BaF2光学性质的模拟计算

探寻新的冲击窗口材料是高压科学领域中的一个重要课题.为此,在100 GPa范围内,通过第一性原理方法计算了BaF₂晶体的吸收谱以及在532 nm处的折射率.结果表明:1)压力和结构相变因素不会引起BaF₂晶体在可见光区域出现光吸收;氟和钡空位点缺陷的存在将使得BaF₂吸收谱的吸收边红移,但这些红移行为不会导致该材料在可见光区域内出现光吸收的现象,由此可以初步推测,BaF₂晶体有成为冲击窗口材料的可能. 2) BaF₂的折射率在其三个结构相区都随压力的增大而增大,并且BaF₂的高压相变也使得其折射率升高;钡空位点缺陷的存在将导致其折射率减小,而氟空位点缺陷却引起其折射率增加.     

高温高压下Zr2AlC的结构及热学性质的第一性原理

利用密度泛函理论研究了高温高压下Zr₂AlC的结构和热力学性质,计算得到Zr₂AlC的晶格参数与实验值符合较好．研究了Zr₂AlC的弹性常数、体模量、剪切模量和杨氏模量等力学性质随压力变化的趋势．同时研究了维氏硬度随压力的变化趋势．通过计算得到的杨氏模量预测了Zr₂AlC的弹性各向异性．最后,基于准简谐德拜模型,成功预测了Zr₂AlC的德拜温度、热容、热膨胀系数和Grüneisen参数随着压强和温度的变化关系.     

新型二维SiO2结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究

SiO₂通常以三维晶体或无定形结构存在,限制了其在新技术如新一代集成电路中的应用,因此二维SiO₂的研究引起了越来越多的关注。本文通过删除三维层状CaAl₂Si₂O₈结构中的Ca和Al原子,直接构建出新的二维SiO₂构型。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,结构优化获得的新型2D SiO₂具有P⁃62m对称性,群号189。通过结合能、弹性系数、分子动力学模拟和声子谱计算,发现新型2D SiO2具有高机械稳定性、热力学稳定性和动力学稳定性。电子性质和光学性质计算发现,2D SiO₂是带隙为6.08 eV绝缘体,且具有良好的光透射率和光导率。此外,通过研究面内双轴应变对2D SiO₂电子和光学性质的影响,发现2D SiO₂的带隙和介电函数受面内拉伸应变的影响较压缩应变略大,不过其整体光学性质受应变影响不大,保证了其在实际应用中电子性质和光学性质的稳定性。     

Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论（DFPT）结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石（YAG）的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合. 关键词： 声子平均自由程 密度泛函微扰理论 3Al₅O₁₂声子结构')" href="#">Y₃Al₅O₁₂声子结构 热导率     

N掺杂SnO2材料光电性质的第一性原理研究

采用全电势线性缀加平面波(full potential linearized augmented plane wave method,简记为FP-LAPW)方法,基于密度泛函理论第一性原理计算分析N掺杂SnO₂材料,研究了在N替代O原子和N替代Sn原子情况下的电子态密度、电荷密度分布以及光学性质.研究表明N掺杂替代Sn较之N掺杂替代O原子的带隙要宽,都宽于SnO₂的本征带隙,且两种情况下N分别处于负氧化态和正氧化态,其介电函数谱也与带隙对应发生蓝移,从理论上指出     

Thermodynamic properties of MgO under high pressure from first-principles calculations

The equations of state (EOS) and other thermodynamic properties of the rocksalt (RS) structure MgO are investigated by ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method. The obtained results are consistent with the experimental data and those calculated by others. Through the quasi-harmonic Debye model, in which the phononic effects are considered, the dependences of relative volume V/V₀ on pressure P, cell volume V on temperature T, and Debye temperature Θ and specific heat C_V on pressure P are successfully obtained. The variation of the thermal expansion with temperature and pressure is investigated, which shows the temperature has hardly any effect on the thermal expansion at higher pressure.     

First-principles calculations of thermodynamic properties of TiB2 at high pressure

The equations of state (EOS) and other thermodynamic properties of TiB₂ are investigated using ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method. The obtained results are in good agreement with the experimental measured data and other theoretical calculated ones. Through the quasi-harmonic Debye model, in which the phononic effects are considered, the dependences of relative volume V/V₀ on pressure P, cell volume V on temperature T, and Debye temperature Θ and specific heat C_V on pressure P are successfully obtained.     

高压下不同结构的Zr3N4合金结构和弹性性质的第一性原理计算

用基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理方法研究了高压下空间群为I4-3D,Pna21和Pnam的三种结构的Zr3N4的弹性性质,获得了这三种物质在高压下的体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比,B/G等力学性质。结果表明,在高压下这三种结构的Zr3N4都是保持力学稳定的,且这三种结构的Zr3N4在各个方向的可压缩性是各向异性的。三种结构的Zr3N4对应的体弹模量,剪切模量和杨氏模量都是随着压强的增大而增大。其中空间群为I4-3D的Zr3N4有最好的抵抗体积压缩,变形和线性压缩的能力。泊松比和B/G的数据表明三种结构在此压强范围内均有较好的延展性,高压下空间群为Pna21和Pnam的Zr3N4延展性更好。研究结论对理论研究和实验有一定参考价值。     

First-principles calculations for structure and equation of state of MgB2 at high pressure

We investigate the structure and the equation of state of compound MgB₂ at high pressure using the full-potential linearized muffin-tin orbital scheme within the generalized gradient approximation correction in the frame of density functional theory. Through the quasi-harmonic Debye model, in which the phononic effects are considered, we have obtained successfully the bulk modulus and the thermal expansion of MgB₂.     

Thermodynamic properties of OsB under high temperature and high pressure

The energy-volume curves of OsB have been obtained using the first-principles plane-wave ultrasoft-pseudopotential density functional theory (DFT) within the generalized gradient approximation (GGA) and local density approximation (LDA). Using the quasi-harmonic Debye model we first analyze the specific heat, the coefficients of thermal expansion as well as the thermodynamic Grüneisen parameter of OsB in a wide temperature range at high pressure. At temperature 300 K, the coefficients of thermal expansion α_V by LDA and GGA calculations are 1.67×10⁻⁵ 1/K and 2.01×10⁻⁵ 1/K, respectively. The specific heat of OsB at constant pressure (volume) is also calculated. Meanwhile, we find that the Debye temperature of OsB increases monotonically with increasing pressure. The present study leads to a better understanding of how the OsB materials respond to pressure and temperature.     

Ab initio predicted elastic and thermodynamic properties of Imm2-BN under high pressure

The structural parameters, elastic constants, thermodynamic properties of Imm2-BN under high pressure were calculated via the density functional theory in combination with quasi-harmonic Debye approach. The results showed that the pressure has the significant effect on the equilibrium lattice parameters, elastic and thermodynamic properties of Imm2-BN. The obtained ground state structural parameters are in good agreement with previous theoretical results. The elastic constants, elastic modulus, and elastic anisotropy were determined in the pressure range of 0–90?GPa. Furthermore, by analyzing the B/G ratio, the brittle/ductile behavior under high pressure is evaluated and the elastic anisotropy of the Imm2-BN up to 90?GPa is studied in detail. Moreover, the pressure and temperature dependence of thermal expansion coefficient, heat capacity, Debye temperature, and Grüneisen parameter are predicted in a wide pressure (0–90?GPa) and temperature (0–1600?K) ranges. The obtained results are expected to provide helpful guidance for the future synthesis and application of Imm2-BN.     

Al_2O_3从CaIrO_3结构转变为U_2S_3结构的相变对其高压下光学性质的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了Al_2O_3晶体在高压下的光学性质.结果表明:(1)Al_2O_3从CaIrO_3结构转变为U_2S_3结构:将使得其吸收谱主峰值强度增强、副峰值强度显著减弱、主副谱峰均红移以及光谱吸收边出现巨大的红移.(2)结构相变将引起Al_2O_3折射率谱峰值强度减弱和谱峰数增加;同时,在波长为400-2000 nm的范围内,结构相变将导致Al_2O_3折射率显著增大.本文的计算结果为未来进一步的实验研究提供了参考信息.     

Thermodynamic properties of cubic ZrC under high pressure from first-principles calculations

The elastic and thermodynamic properties of Zirconium carbide (ZrC) are investigated by ab initio plane-wave pseudopotential density function theory method. The obtained lattice constant, elastic constant and bulk modulus B are consistent with the experimental and theoretical data. Through the quasi-harmonic Debye model, the dependences of the normalized volume V/V ₀ and the bulk modulus B on pressure P, as well as the specific heat C _V on the temperature T are obtained successfully. The relationships of the thermal expansion α with temperature and pressure are also investigated, which indicate the temperature hardly has any effect on the thermal expansion α at high pressure. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10776022)     

盐石结构MgO的状态方程的第一原理计算

利用平面波密度泛函理论研究了盐石结构MgO的状态方程,所得到的结果与实验值和其他作者的计算值符合很好.同时,还研究了热膨胀系数随温度和压强的变化关系.结果显示:在高压下,温度对盐石结构MgO热膨胀系数的影响很小.