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《首都师范大学》 2007年
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金属钛和金属间化合物钛铝氧化的第一原理研究

刘士余  
【摘要】: 本论文的主要内容是通过第一原理来研究金属钛和金属间化合物钛铝表面氧化问题,以及合金化效应对金属间化合物钛铝表面氧化的影响。这些研究从理论上探讨了它们氧化的微观机制,也为进一步的实验研究奠定了理论基础。 本文首先对实验上钛和钛铝氧化问题的研究现状作一评述。接着在第二章中简单的介绍了密度泛函理论的基本思想和理论。在接下来的两章中分别给出了我们利用第一原理方法研究钛和钛铝表面氧化问题的理论计算结果。 一方面,我们利用第一原理研究了氧在Ti(0001)表面的吸附。我们分别设计了两种理论模型:单层和多层吸附模型。单层吸附模型是人们常用的模型,在此模型中吸附原子只能位于同一吸附层,而在多层吸附模型中吸附原子可以同时位于不同的吸附层。我们的计算结果表明,在覆盖度为0.25单层(简写为ML)时,氧原子占据表面面心立方(简写为fcc)位置最稳定;在覆盖度为0.50ML时,氧原子同时占据表面fcc位置及第二层和第三层之间的八面体Octa(2,3)位置最稳定;在覆盖度大于等于1.00ML时,氧原子喜欢同时占据间隔一个间隙层的表面和八面体间隙位置,如表面fcc位置、第二和第三层之间的八面体Octa(2,3)位置、第四和第五层之间的八面体Octa(4,5)位置等。这说明当氧原子处于近邻的吸附位置时吸附氧原子之间有排斥作用。我们理论计算的总态密度和功函数改变值与实验的紫外光电子能谱(UPS)和功函数改变情况符合的相当好。我们的理论结果和实验对比证明对于钛表面的氧吸附必须考虑氧原子的多层吸附模型。 另一方面,我们利用第一原理研究了氧在纯净的TiAl(111)表面及合金化TiAl(111)表面的吸附。我们的计算的结果表明,对于氧在纯净的TiAl(111)表面吸附,在氧的覆盖度从零增加到一个单层,氧原子都倾向于吸附在表面近邻多Ti的位置,而且随着覆盖度的增加平均每个氧原子的结合能增加。当合金化元素Zr掺入TiAl(111)表面时,我们发现Zr容易偏析于TiAl(111)表面的Ti原子位。与氧在纯净TiAl(111)表面吸附相比,对于氧在掺Zr的TiAl(111)表面吸附能力会有所减弱。当合金化元素Nb掺入TiAl(111)表面时,我们发现Nb容易偏析于TiAl(111)的亚表面的Ti原子位。与氧在纯净TiAl(111)表面吸附相比,对于氧在掺Nb的TiAl(111)表面吸附能力会稍微有所减弱。我们理论计算的结果都与实验上的结果一致。
【学位授予单位】:首都师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O611.4

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【引证文献】
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