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《中国科学技术大学》 2007年
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第一性原理方法计算几种材料高压下的相变和弹性性质

原鹏飞  
【摘要】: 高压物理学作为一门研究物质在高压作用下的物理行为的学科,越来越受到人们的重视。材料的高压行为一般出现在行星中心、恒星、以及自然或人为的爆炸过程中。材料在高压下会表现出和常压下不同的性质,其中一个很有趣的现象就是在某一压强下,原子排列可能发生突然的改变,即结构相变。研究材料的相变对于得到材料的相图,了解材料的性质具有很重要的意义。在材料的性质中,弹性性质是一个很重要的研究对象。固体的弹性常数在研究固体的力学性能和动态性能方面具有很重要的作用。这些参数在晶体的力学性能和动态性能之间起到了一个很好的桥梁作用;它们还可以用来作为研究原子间作用力的方法。这些参数提供的是材料的稳定性和硬度方面的信息。本文共分为六章。 第一章介绍了高压实验原理和高压相变计算的研究进展。高压实验原理介绍的是金刚石对顶砧的原理以及测量压强的方法;研究进展方面,介绍了单原子材料,AB型化合物以及复杂材料相变的研究进展,同时还比较了两种计算方法,总能计算方法和分子动力学方法的优缺点。 第二章简单介绍了采用赝势平面波表述的第一性原理分子动力学的基本原理以及计算软件CPMD的使用说明。 第三章研究了二硫化碳在高压下的相变。二硫化碳是和二氧化碳同族的化合物,它的相变最早是在1941年进行的。经过很多人的努力,已经得到了一个比较好的相图。但是,最近在研究二氧化碳相变的时候发现它在高温高压下会形成类似二氧化硅的结构,作为和二氧化碳同族的二硫化碳,理论上也应该具有相似的性质,而这些是在以前的研究中所没有得到的。我们采用分子动力学结合总能计算方法计算了二硫化碳在常温高压下的性质。预测了一个在大约10.6 GPa,从Cmca到β-石英的相变。同时,高温高压下的计算表明二硫化碳在大约1000 K,20 GPa的时候就会分解为原子形态的碳和硫。 第四章研究了氧化镉和硫化镁的高压相变,以及弹性性质随压强的变化。氧化镉是IIB-VIA半导体化合物,它的高压相变是从RS到CsCl的相变,实验上得到的相变压强大约在90.4 GPa。我们采用总能计算方法,简单的Buckingham势计算了氧化镉的相变。同样预测到从RS到CsCl的相变,相变压强大约在95 GPa,与前面的结果符合的比较好。同时我们还计算了RS结构下弹性性质随压强的变化。 硫化镁的高压相变已经被人研究过,预测了一个从RS到CsCl的相变,发生在超过160 GPa。同时实验上已经合成出来了具有ZB结构的硫化镁晶体。我们采用第一性原理方法计算了RS和ZB结构下的硫化镁的弹性性质随压强的变化。计算表明在平衡态下这两个结构的焓基本相等,这就解释了实验上可以合成ZB硫化镁的原因。同时弹性性质的计算表明ZB结构是非常不稳定的,大约在超过5 GPa就不能存在了。除了弹性性质以外,通过弹性常数得到的德拜温度,以及声速等也在我们的计算之中。 第五章研究了氧化锌和硫化锌纳米管的弹性性质。氧化锌和硫化锌纳米管是在最近的研究中受到较多关注的材料。到现在为止已经有很多种方法来合成,但是在结构和弹性性质方面却很少有人研究。我们研究了这两种纳米管结构和弹性性质随管径的变化。两类纳米管的变化规律都与碳纳米管的变化规律相似。但是在杨氏模量的计算中发现硫化锌纳米管的杨氏模量要远小于氧化锌纳米管。 第六章对前面的内容进行了总结。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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【共引文献】
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2 丁佩,梁二军,晁明举,郭新勇,张经纬;二茂铁催化制备CN_x纳米管的研究[J];化学物理学报;2005年02期
3 丁佩,晁明举,梁二军,郭新勇,杜祖亮;不同催化剂对热解法制备CN_x纳米管的影响[J];化学物理学报;2005年03期
4 倪向贵;王宇;张重;王秀喜;;结构和变形对单壁碳纳米管力学性能的影响(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Physics;2006年04期
5 郭旭,王晋宝,张洪武;基于高阶Cauchy-Born准则的单壁碳纳米管本构模型[J];计算力学学报;2005年02期
6 韦进全,慈立杰,魏秉庆,徐才录,梁吉,吴德海;用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管[J];清华大学学报(自然科学版);2001年08期
7 牛海波;陈光德;耶红刚;;纤锌矿结构ZnO、AlN、GaN自发极化及压电系数的第一性原理计算[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2014年01期
8 丁佩,郭新勇,张经纬,晁明举,梁二军;镍基底上生长CN_x纳米管薄膜的研究[J];无机材料学报;2005年02期
9 唐文东;高阳艳;魏伟;孙予罕;;尿素在ZnO(1010)表面的吸附[J];物理化学学报;2010年05期
10 刘培松;;碳纳米管及其在锂离子电池中的应用[J];新材料产业;2007年06期
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1 周刚;段文晖;顾秉林;;纳米碳管中的化学键本质[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
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1 潘立军;纳米管及氢吸附的结构和性能的第一性原理研究[D];郑州大学;2011年
2 张红瑞;碳纳米管和轻多元素纳米管的制备、结构及工艺参数优化[D];郑州大学;2003年
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5 林翼;碳纳米管及相关纳米复合物的分子模拟研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 李春;氧化锌及其纳米结构[D];南京航空航天大学;2007年
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1 丁佩;碳氮纳米管的制备、表征及场致电子发射特性研究[D];郑州大学;2003年
2 宇霄;六方硼碳化合物的高温高压合成[D];燕山大学;2006年
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3 王雅东,艾新平,杨汉西;过渡金属二硼化物作为高容量负极的研究[J];电化学;2005年01期
4 冯勇;闫果;张平祥;周廉;;实用化MgB_2超导材料研究进展[J];低温物理学报;2005年S1期
5 路春娥;过渡金属碳化物、氮化物和硼化物在电子工业中的应用[J];电子器件;1999年03期
6 杨细平;邱祖民;;硼及其硼化物的应用研究进展[J];化工技术与开发;2008年06期
7 柴永泉,靳常青,刘邦贵;体积压缩对二硼化物电子结构的影响[J];高压物理学报;2004年03期
8 朱全力,杨建,季生福,王嘉欣,汪汉卿;过渡金属碳化物的研究进展[J];化学进展;2004年03期
9 章永凡,林伟,王文峰,李俊篯;3d过渡金属碳化物相稳定性和化学键的第一性原理研究[J];化学学报;2004年11期
10 柴永泉;;12种二硼化物的电子结构研究[J];廊坊师范学院学报(自然科学版);2009年01期
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8 乌 兰;纳米管高强度陶瓷[N];大众科技报;2003年
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10 田学科;以发明制备纳米管新方法[N];科技日报;2004年
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