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《大连理工大学》 2012年
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高温高压下任意晶系结构优化及弹性系数计算

邵天骄  
【摘要】:高温高压下晶体结构和物性研究是实验和计算模拟长期以来的热点。高温高压下晶体结构和物性研究对高温合金在工业和航天领域中的应用和探索地质材料在地震机理,地质现象中的作用有重要的意义。 实验测量晶体结构和弹性系数存在以下困难,高温高压下,随着温度压力增加,实验室温度和压力条件难以控制,实验测量误差不断增大。因此,晶体结构优化和物性计算模拟已成为高温高压下材料研究不可或缺的重要手段。结合第一性原理计算和连续体弹性理论,本文提出了高温高压下任意晶系晶体各向异性结构优化和弹性系数计算方法。给出了非平衡吉布斯能作为温度,压力和应变的函数。高温高压下各向异性晶体结构优化通过在给定变形模式下寻找非平衡吉布斯能对应变最小值实现。 本文采用该方法,对六角铍,立方金刚石,六角金刚石进行高温下结构优化,线膨胀系数计算值和实验值一致。获得高温下晶体结构的基础上,进行对三种材料进行高温下弹性系数计算,六角铍和立方金刚石弹性系数计算值同实验值一致。本文通过该方法,第一次实现了对六角金刚石的弹性系数随温度变化关系预测。为三种材料高温热力学研究提供了数据。 本文将高温高压下晶体结构优化和弹性系数计算方法应用于二维纳米材料石墨烯和结构石墨烯。计算石墨烯和结构石墨烯高温下晶格常数,热膨胀系数和力学性能。计算结果表明,石墨烯和结构石墨烯在低温区热膨胀系数为负数,随着温度增加,热膨胀系数缓慢增加,直到超过零。石墨烯具有优异的力学性能,并且温度对其力学性能影响较小。然而,相较于石墨烯,温度对结构石墨烯力学性能影响较大。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O76

【参考文献】
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