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《北京化工大学》 2010年
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基于固体与分子经验电子理论的表面能分析及计算

付宝勤  
【摘要】: 表面科学在固体科学中占有重要的地位。表面能是表面科学中最基本的物理量之一,其对许多物理过程和化学过程有重要的影响。然而固体的表面能在实验上是较难测定的,并且目前一些基于第一原理或半经验方法的表面能理论模拟方法还有待进一步的改进。 本文基于固体与分子经验电子理论(EET)和表面科学的基本原理,提出了经验电子表面模型(EESM)。该模型主要内容包括以下五点:(1)用于分析共价电子对表面能贡献的断键分析法(DBAM);(2)用于分析晶格电子对表面能贡献的Zp值法;(3)对不同指数表面的表面能有较大影响的断键共价电子密度;(4)描述表面区域原子杂化状态的表面价电子结构(SVES);和(5)计算SVES的镜面键距差法(MBLD)。 本文根据EESM计算了12种密排六方(hcp)金属、13种体心立方(bcc)金属、12种面心立方(fcc)金属、4种金刚石型晶体和19种闪锌矿型化合物相关表面的表面能。在一级近似下,本文的计算值与文献中相应的模拟值或实验值符合得很好,用同一方法在诸多场合下都取得了令人满意的结果,表明本文的方法有较高的可信度,其结果可作为实验分析与理论分析的参照。 通过对碱金属和碱土金属表面能的计算分析,给出了分析晶格电子对表面能贡献的方法。对于hcp.bcc和fcc结构,晶格电子对表面能的贡献与相应区域原子的晶格电子对结合能贡献之比(Zp)已计算出,这些数据可以直接用于同种结构不同晶体的表面能分析计算中。 本文还分析了这些结构表面能的各向异性。对于hcp金属,表面能的大小次序与晶胞参数比(a/c)有关,且随着a/c的增大,(001)晶面的表面能逐渐降低,因而易成为稳定的自由外表面。对于bcc金属,原子密排(110)晶面的表面能最低,而fcc金属中最密排面是(111)晶面,其表面能也是最低的。对于金刚石型晶体和闪锌矿型化合物,低指数表面能的大小次序为(001)、(110)、(111),因而最可能的自由外表面常是(111)晶面。另外还对这两类结构中高指数(hk0)型和(hhl)型晶面的表面能的各向异性进行了分析讨论。 本文还计算了一些晶面的断键共价电子密度,发现其对各晶面的表面能及其各向异性有重要的影响。另外本文分析发现晶格电子对表面能各向异性也有重要的影响。因而共价电子和晶格电子共同决定了各晶面表面能的大小次序。 本文通过MBLD对银的SVES进行分析计算,发现表面价电子结构可能成为该模型对表面弛豫甚至表面重构进行分析的有效工具。这也是该模型改进和发展的方向。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O647.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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