ZrH2结构与热力学性质

基于密度泛函理论,采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法和广义梯度近似研究了ZrH2的结构与弹性性质。结果表明：在基态条件下,ZrH2的晶格常数计算值与实验值及其它理论值相当吻合。在考虑声子作用的前提下,采用准谐德拜模型成功获得了不同条件下(0~50 GPa, 0~1 300 K) ZrH2的热容、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质。结果表明：定压热容预测值随温度升高而增大,并逐渐接近佩蒂特-杜隆极限;随压强增加,德拜温度呈增加趋势;随温度增加,德拜温度呈减小趋势;在压强一定的条件下,热膨胀系数随温度的升高而增大,且在高温高压条件下,热膨胀系数的增加趋势变缓。     

CeO2热力学性质的第一原理研究

使用第一性原理方法结合准谐德拜模型研究压力0~30 GPa,温度0~2 000 K,二氧化铈立方结构的热力学性质,包括常压下平衡体积V、体弹模量B₀、热容c_p和熵S随温度的变化以及不同压强下热容c_p、熵S、德拜温度Θ,体膨胀系数α与温度的关系.常压下计算的热容c_p和熵S随温度的变化与实验数据符合很好.     

AlFe单晶薄膜微结构与热力学性质研究

采用PLD方法,在573 K条件下制备了AlFe单晶合金薄膜.X射线衍射与透射电子衍射表明,AlFe空间点群为PM-3M,晶格常数a =0.297 nm (略大于bcc-Fe的晶格常数,a =0.293 nm),且AlFe晶体结构为bcc-Fe晶格体心Fe原子被Al取代产生的新结构.采用第一性原理与准谐德拜模型研究了AlFe合金的化学势与热力学性能,计算表明AlFe合金具有更低的化学势,导致在生长过程只出现AlFe相.与此同时,AlFe合金具有与bc 关键词： PLD AlFe单晶薄膜 第一性原理 准谐德拜模型     

萤石结构TiO2热力学性质的第一性原理计算

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论研究TiO₂的结构,其零温零压下的晶格常数和常温下的体弹模量及其对压强的一阶导数的计算结果与实验值和其他理论计算结果相符.通过准谐德拜模型,获得了相对晶格常数、相对体积、体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.     

金红石结构TiO2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO2的结构和热力学性质。常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好。另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系。     

氢化铒高温高压下的弹性及热力学性质

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论, 并结合准谐德拜模型, 计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的体积、热膨胀系数、体弹模量和等体热容等弹性性质及热力学性质。在温度高于1 100 K的条件下,计算出的等体热容趋近于Dulong-Petit极限。得到了绝对零度、零压强下ErH2的该结构的晶格常数为0.523 2 nm,与实验值0.523 0 nm非常接近。由不同的原胞体积得出了该体系的单点能与原胞体积的关系的数据;从计算出的高压下的弹性常数,根据立方晶系的力学稳定性条件,推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa。     

氢化铒高温高压下的弹性及热力学性质

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论, 并结合准谐德拜模型, 计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的体积、热膨胀系数、体弹模量和等体热容等弹性性质及热力学性质。在温度高于1 100 K的条件下,计算出的等体热容趋近于Dulong-Petit极限。得到了绝对零度、零压强下ErH2的该结构的晶格常数为0.523 2 nm,与实验值0.523 0 nm非常接近。由不同的原胞体积得出了该体系的单点能与原胞体积的关系的数据;从计算出的高压下的弹性常数,根据立方晶系的力学稳定性条件,推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa。     

金红石结构TiO2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO₂的结构和热力学性质.常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好.另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.     

高温高压下合金碳化物Fe3Mo3C热力学性质的第一性原理计算

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe₃Mo₃C的热力学性质.在压强范围为0～40 GPa和温度范围为0～1200 K的条件下,Fe₃Mo₃C的体积比V/V₀、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大. Fe₃Mo₃C的热容C_v、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.     

密度泛函理论研究高温高压下UO2弹性与热力学性能

采用第一性原理与准谐德拜模型研究UO2在高温高压条件下的弹性与热力学性能。UO2在高温高压下仍属离子型晶体,并且弹性性能计算表明,四角方向剪切常数在高温与高压下均保持稳定。高温下弹性常数C44没有明显变化,而高压下C44迅速增大。体积模量、剪切模量与杨氏模量均随压强增加而增大;高温条件下,体积模量、剪切模量与杨氏模量也未出现明显的降低,表明UO2在高温度高压下均可保持良好的力学性能。不同压强下,UO2定容热容均随温度迅速增大,并在1000 K 附近趋近于杜隆-佩蒂特极限。德拜温度则随温度降低,随压强升高。在低于室温条件下,热膨胀系数随温度急剧增加;温度继续增加,系数的增加趋势则逐渐变缓。计算结果还表明,UO2的热膨胀系数在相同条件下,远小于其他核材料。     

外电场对ZrH2(ZrD2,ZrT2)固溶体热力学函数的影响

采用Gaussian03程序及密度泛函(B3P86)方法,对Zr原子利用外部基函数8s7p3d,对H2(D2,T2)利用6-311g**全电子基函数,优化了在外电场作用下ZrH2分子微观结构,研究了锆与氢同位素气体反应的热力学函数及氢同位素平衡压力随温度和外电场的变化关系.研究表明:随着正向电场的增加,分子微观结构及其气体平衡压力发生明显变化.在293.16K,外电场从-0.004 a.u.到0.004 a.u.变化时,氢平衡压力相差六个数量级.说明外电场对金属氢化物的热力学函数具有一定的影响.     

ZrH、CoH和ZrCoH分子的结构与势能函数

采用相对论有效原子实势(RECP)和密度泛函(B3LYP/SDD)方法,计算得到了ZrH、CoH和ZrCoH分子结构,分子的力学、光谱性质和势能函数.结果表明,ZrH的基态分别为X2∑,CoH和ZrCo的基态为X3Φ重态和X4∑重态,基态离解能分别为2.84 eV,2.50 eV和1.22 eV,谐振频率分别为1 686.59 cm-1,1 861.47 cm-1和168.62 cm-1,二阶力常数分别为167.0 aJ.nm-2,202.0 aJ.nm-2和60.0 aJ.nm-2.优化结果表明,HZrCo分子的基电子状态为X5A″,具有Cs对称性,基态离解能为5.055 eV,谐振频率分别为ν1(A′)=192.892 cm-1、ν2(A′)=322.624 cm-1和ν3(A′)=1 590.789 cm-1.应用多体项展式理论,计算确定了基态HZrCo的分析势能函数,该函数正确反映了HZrCo分子的结构特点,可用于研究HZrCo的微观反应动力学.     

镍基超导母体材料EuNi_2Si_2的结构和热力学性质研究

应用Chen-Mbius晶格反演获得的原子间相互作用势,对镍基超导母体材料EuNi2Si2不同空间群的结构进行结构弛豫、切变拉伸、随机扰动和X射线衍射谱的分析.研究表明,空间群号为139结构的EuNi2Si2母体材料能量最低,结构最稳定.另外,还计算了空间群号为139稳定晶格结构的声子态密度和热力学性质.计算结果表明:对于声子态密度,原子质量较大的稀土元素Eu在低频范围内贡献最大,随着频率的升高,原子质量较小的元素Si的贡献越来越突出;对于比热容和振动熵,在低温区元素Eu和Ni的贡献较大,随着温度的升高,元素Si的贡献越来越突出.     

块状NiSe2的电学，光学和热力学性质的理论研究

在密度泛函理论框架下通过平面波赝势的第一原理计算,研究了块体材料NiSe2的电学,光学和热力学性质.根据计算得到的立方晶体（空间群：PM3,No：200）的能量-体积曲线,获得了最低能量的最优结构.基于能带结构和电子态密度结构计算的结果表明,NiSe2为半金属.当有电磁波穿过块体NiSe2时,通过非自洽计算,分析介电函数的实部和虚部得到了能量损失函数谱,反射率,吸收谱,折射系数和消光系数.在准谐波德拜模型的基础上,我们还研究了NiSe2的热力学性质.     

Structural and thermodynamic properties of AlB2 compound

We employ a first-principles plane wave method with the relativistic analytic pseudopotential of Hartwigsen, Goedecker and Hutter (HGH) scheme in the frame of DFT to calculate the equilibrium lattice parameters and the thermodynamic properties of AlB₂ compound with hcp structure. The obtained lattice parameters are in good agreement with the available experimental data and those calculated by others. Through the quasi-harmonic Debye model, obtained successfully are the dependences of the normalized lattice parameters a/a₀ and c/c₀ on pressure P, the normalized primitive cell volume V/V₀ on pressure P, the variation of the thermal expansion α with pressure P and temperature T, as well as the Debye temperature \Theta_D and the heat capacity C_V on pressure P and temperature T.     

MAX相Nb2SnC和Nb2SnN的力学和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理,在广义梯度近似下研究了MAX相Nb₂SnC和Nb₂SnN的力学、晶格动力学、电子以及热力学性质.通过弹性常数和声子的计算,研究了Nb₂SnC和Nb₂SnN两种结构的力学稳定性和动力学稳定性;通过对Nb₂SnC和Nb₂SnN的力学性质计算,证明了它们均具有较高的体积模量和剪切性,并且说明了Nb₂SnC和Nb₂SnN是具有弹性各向异性的韧性材料.此外,通过计算电子能带结构和态密度,研究了Nb₂SnC和Nb₂SnN的电子性质和成键性质,结果表明,两个化合物均具有金属导电性和较强的共价键,而且Nb₂SnN比Nb₂SnC具有更强的金属导电性.最后利用声子色散曲线预测了热容、自由能、焓和熵等热力学性质,结果标明,计算出的熵、焓和自由能值变化符合热力学第三定律.     

First-principles calculations of structural and thermodynamic properties of BeB2 compound

The lattice parameter bulk modulus and pressure derivative of BeB2 are calculated by using the Cambridge Serial Total Energy Package （CASTEP） program in the frame of density function theory. The calculated results agree well with the average experimental data and other theoretical results. Through the quasi-harmonic Debye model, the dependences of the normalized lattice parameters a/ao, c/c0 and the normalized primitive cell volume V/Vo on pressure P, the variation of the thermal expansion coefficient ~ with pressure P and temperature T, as well as the dependences of the heat capacity Cv on pressure P and temperature T are obtained systematically.     

Pressure-dependent mechanical and thermodynamic properties of newly discovered cubic Na2He

Recently for the first time, a stable compound of He and Na (Na₂He) is predicted at high pressure. We explore the pressure-dependent elastic, mechanical and thermodynamic properties of this newly discovered Na₂He by using ab initio technique. The calculation presents good accordance between the theoretical and experimental lattice parameters. Though the most stable structure of Na₂He is found at 300?GPa, present study ensures the mechanical stability of this compound up to 500?GPa. The study of Cauchy pressure, Pugh's ratio, and Poisson's ratio implies the ductile manner of Na₂He up to 500?GPa. According to the value of Poisson's ratio the bonding force exists in Na₂He is central. The study of Zener anisotropy factor indicates that Na₂He is an anisotropic material but near at 300?GPa approximately isotropic nature of Na₂He is revealed. The study of the bulk modulus, shear modulus, Young's modulus and Vickers hardness implies that the hardness of Na₂He can be improved by applying external pressure. However, the Debye temperature, melting temperature and minimum thermal conductivity of Na₂He are also calculated and discussed at different pressures.