阳离子掺杂水滑石的制备及其在合成异佛尔酮制备中的应用

并流共沉淀法制备水滑石及Li 、Ba2 、Ca2 掺杂的水滑石,将水滑石焙烧得复合氧化物.XRD结果表明掺杂的水滑石形成了类似水滑石的层状结构.FT-IR结果表明3种掺杂后的氧化物具有相似的结构及表面吸附性能.将所得的复合氧化物用于丙酮合成异佛尔酮的反应中,实验结果表明:与未掺杂的水滑石型复合氧化物相比,3种掺杂的水滑石复合氧化物在合成异佛尔酮的反应中均表现出良好的活性.     

α-B晶体的Lennard-Jones对势和对势型多体势构建

精确原子间相互作用势函数的建立是分子动力学模拟的核心. 针对α-B晶体(R3m群), 分别构建Lennard-Jones (L-J)型对势和对势型多体势, 这两类势函数的构建仅需考虑晶体的原子平均结合能和几何构型参数. 前者取最近邻原子间距的势函数为最小值; 后者采用负指数(L-J型)函数和分段插值多项式形式来分别构造势函数, 在近邻处为势能极小值, 相邻极小值位置的中点引入势垒. 针对完整的α-B 晶体和偏离完整α-B晶体结构, 首先利用第一性原理计算结果来确定势函数的参数, 然后借助分子动力学的能量最小化方法优化结构, 并对这两类势函数以及Tersoff 势函数进行比较. 结果表明: L-J对势和Tersoff势的结果与α-B晶体构型有较大偏离; 而对势型多体势, 无论初始晶体构型完整与否, 其结果与完整α-B晶体构型比较一致.     

原子模拟钛中微孔洞的结构及其失效行为

六角金属由于其各向异性等特点,在塑性变形等过程中容易产生形状和构型都相对复杂的点缺陷团簇.这些团簇之间及其与运动位错等缺陷的相互作用直接影响材料的物理和力学性能.然而对相关问题的原子尺度、尤其是空位团簇的演化和微孔洞的形成乃至裂纹形核扩展等的理解还不全面.本文采用激发弛豫算法结合第一原理及原子间作用势,系统考察了钛中的空位团簇构型及不同构型间的相互转变,给出了不同尺寸空位团簇的稳定和亚稳构型、空位团簇合并分解和迁移的激发能垒等关键参数,发现较小的空位团簇形成稳定构型,较大的空位团簇呈现出空间对称分布趋势进而形成微孔洞;采用高通量分子动力学模拟系统研究了不同尺寸的空位团簇在拉应力作用下对变形过程的影响,发现这些空位团簇可以形成层错,并对微裂纹的形核产生影响.     

有限温度真空极化与热背景介质的电磁性质

用有限温度场论方法,研究了真空极化的温度和密度效应及背景介质的电磁性质,严格计算了真空极化的有限温度、密度修正和热背景介质的介电常数与磁导率,给出了对任何温度和任何密度都适用的严格的解析表达式.     

Ti2AlNb合金的嵌入原子势

分子动力学模拟是一种行之有效的计算机模拟方法;然而,由于缺少合适的多元合金原子间势,因而限制了分子动力学模拟的应用.多元合金原子间势的开发一直具有挑战性.本文在嵌入原子势模型的框架下,提出一种适用于三元有序合金的原子间势构建方法,并开发了适用于原子尺度力学行为模拟的Ti₂AlNb合金新型原子间势.该势能够很好地再现B2-Ti₂AlNb的弹性常数、未弛豫的空位形成能、置换原子形成能、换位原子形成能、表面能和三种有序构型(B2相、D0₁₉相、O相)在不同体积下的内聚能.为了进一步检验势函数,计算了B2相的E-V曲线,结果与Rose曲线符合得很好;利用分子动力学模拟研究了B2相的熔化转变过程,结果大致反映了实验情况.本文的工作一方面为开发多元合金原子间势提供一种途径,另一方面为模拟计算Ti₂AlNb合金的工作者提供一种选择.     

Ni离子掺杂锐钛矿相TiO2体系的第一性原理研究

采用自旋密度泛函理论的第一性原理方法并结合晶体配位场理论,研究了Ni离子掺杂锐钛矿相TiO₂体系（Ni_xTi_1-xO₂;Ni_xTiO₂）的几何结构、缺陷形成能、电子结构以及磁性特征等问题。结果表明：实验上发现的有关Ni掺杂TiO₂体系的很多矛盾,如：晶粒体积的增减、掺杂Ni离子的不同价态、吸收光谱带边移动方向和体系磁性特征的差异等问题都可归因于Ni离子掺杂类型的不同（Ni_Ti;Ni_in）。分析表明,不同的Ni离子掺杂类型导致所成Ni-O键的键长和电荷布居不同,从而使Ni离子呈现不同的价态,这也是体系宏观电学和磁学性能差异的根本原因。形成能计算表明,通过控制Ni-TiO₂晶体生长过程中的氧环境,可以人为的控制Ni离子的掺杂类型。     

Ti-V系合金的结构、力学性质及电子结构的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了Ti-V系合金Ti_3V, TiV和TiV_3的晶体结构,电子结构及力学性质.结果表明, TiV_3结构最稳定,其次是TiV,而Ti_3V稳定性最弱,但是, Ti_3V形成能力最强.三种合金的自间隙构型中,与Ti的自间隙构型相比,更容易形成V的自间隙构型;不管是Ti自间隙还是V自间隙, TiV_3的自间隙形成能均最大.力学性质的计算表明:三种合金均满足力学稳定性标准,且都为韧性材料;体模量及硬度计算表明, TiV_3的硬度最高,其次是TiV, Ti_3V的硬度最低,这与自间隙能的计算结果一致.电子结构计算表明:在费米能级处,三种合金均主要由Ti, V的p, d轨道电子提供态密度, TiV_3合金电子结构最稳定.差分电荷密度计算表明:在Ti_3V合金中,金属性强于共价性.在Ti_3V, TiV, TiV_3三种合金中,金属性逐渐减弱,共价性逐渐增强,合金变得稳定.     

Fe-Cr-V-Ni-Si-C系多元合金的原子间互作用势的构建及应用

使用第一性原理赝势方法及量子化学从头算方法计算的物理量以及最小二乘法拟合的数据构建了多元合金Fe-Cr-V-Ni-Si-C系的原子间互作用势，并利用该原子间互作用势计算了实验合金N5(Fe9.07Cr7.56V0.8Ni0.49 Mo0.96Mn1.52Si3.3C)，N6(Fe9.65Cr7.72V1.17Ni0.50Mo0.91Mn1.42Si3.3C)，N7(Fe9.81Cr7.65V1.58Ni0.46Mo0.86Mn1.35Si3.3C)，N8(Fe10.05Cr7.59V2.24Ni0.40M