收藏本站
《中南大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

若干二元金属间化合物电子结构、弹性和热力学性质的密度泛函研究

李燕峰  
【摘要】:本论文的目标是利用密度泛函理论和准近谐德拜理论,研究具有典型代表性的二元金属间化合物的电子结构、热力学和弹塑性力学等性能,以及替位掺杂对材料性能的影响。本文计算了高温结构金属间化合物Ti-Al二元系及其Mn、Nb掺杂体系的弹塑性、弹性模量、电子结构等,分析了替位掺杂对几何结构、电子结构和键强的影响;计算了Al-Sc系四个二元相的电子结构、生成焓、德拜温度、弹性系数(含模量)和自由能,分析了AlSc和Al3Sc在高压下的弹性性质;计算了Ti-B系的电子结构和TiBx(x=1、2,常压下)及Ti1-xZrxB2(高压工况下)的力学参数和热力学参数,分析了压力变化对Ti-Zr-B金属间化合物体系的力学和热力学性质的影响,如弹性系数、各项异性、德拜温度和热熔等;设计并计算了新型超导材料Mg1-xZnxB2的电子结构和弹性系数等,并在推导得到的基于Mc-Millan公式的Tc从头算公式基础上,计算了不同Zn掺杂情况下的超导转变温度Tc,并分析了Zn掺杂对Mg-Zn-B金属间化合物体系力学性能的影响。 本文较为系统的计算了上述二元体系及其掺杂系的电子态密度、体弹模量B、弹性系数Cij、德拜温度ΘD、生成焓Ho、结合能Ecoh、热熔、自由能和Tc参量等,计算数据与已知可对比的试验数据符合良好,许多计算结果和分析结论具有独创性和良好的理论指导价值。主要的研究结果表明: 四方相TiAl中的Nb替位Ti的掺杂,在几何结构上对体系塑性性能的影响不大,但电子结构计算和布局分析表明,Nb掺杂降低了体系共价性和方向性,并提出当Nb掺杂的摩尔含量在8.33%-12.5%时有利于室温塑性的改善。Mn替Al位掺杂TiAl3后(Ti3Al8Mn)降低了由Al-Al共价键和A12p-Ti3d杂化键形成所带来的键的空间各向异性和高位错能垒,进而也改善其室温脆性。 Al-Sc系二元化合物中Al2Sc和Al3Sc结构最为稳定。OK时Al2Sc合金化形成能力最强,AlSc2最差;高温下Al2Sc结构稳定性最强,而AlSc2结构稳定性最差。研究了高压下的立方相AISc和Al3Sc的弹性系数对压力具有相似的敏感性。由于Al3Sc的各向异性弱于AISc,因此随压力的增高,Al3Sc的脆塑性转变程度不大,AISc体系的脆塑性则较大的依赖于压力的变化,随着压力的增大其塑性性能提升。 TiB2的电子成键情况较之TiB更为复杂,研究发现,TiB2的价带显示了明显的抛物线形和类sp带的特征,且非局域程度及其共价性也比TiB大。压力作用下,六方TiB2和Ti1-xZrxB2的弹性系数敏感度存在差异,掺Zr体系的剪切各向异性因子A2存在“跃变”现象,且压力对体系脆-塑转变起到了重要推动作用;另一方面,Zr的掺杂也降低了TiB2的各向异性,体系延塑性逐渐增大,但整体仍呈现出脆性性质。热力学方面,重新较为系统的估算了Ti-B和Ti-Zr-B系的热力学参量,计算表明,TiB热熔值在所有温度下都是最大的,TiB2最小,而Ti1-xZrxB2得热熔值则居于两者之间;随着压力的增大,Ti1-xZrxB2各相的德拜温度近似线性增大,并且德拜温度值随着Zr掺杂量的增大而逐步降低。 较为系统的对超导二元化合物MgB2进行了掺Zn的计算研究,结果表明,随着Zn量的增大,体系的晶格参数a和c明显拉长,且呈现出先增大后减小的情况;对于电子结构,纯态的MgB2费米面处主要是B原子的P电子共价成键,Mg2+离子降低了π带,使B原子形成近满的空穴型6带,进而增强了电声耦合作用;Zn掺杂后,影响了费密能级处的总态密度Ef等,直接影响了MgB2声子频率和电声耦合强度,研究认为Zn的替位掺杂有利于超导转变温度Tc的增大。采用自行推导得到的Tc公式计算表明,随着Zn量的增多,超导转变温度Tc先逐步升高,即当Zn掺杂量x值为0.0833和0.125时,体系的超导转变温度分别上升0.716K和0.108K,而当Zn含量继续增大时,体系的超导机制部分破坏从而Tc迅速降低。同时,随着Zn掺杂量的增大,体系的剪切各项异性A2和压缩各项异性A3整体呈现微弱的下降趋势,当Zn掺杂量x为0.14左右时,体系出现脆-塑转变现象。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG111

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李文,刘贵富,孔晓华;Ti-Al系金属间化合物的价电子结构及其合金化行为[J];兵工学报;1999年02期
2 王艳丽;李时磊;彭凌剑;林均品;陈国良;;Mn含量对铸造高铌TiAl合金组织和性能的影响[J];北京科技大学学报;2009年02期
3 汤振雷;王为;;计算合金系统热力学性质的Miedema模型的发展[J];材料导报;2008年03期
4 徐向俊;林均品;王艳丽;宋西平;林志;陈国良;;工程化高Nb钛铝合金锻造性研究[J];材料科学与工艺;2007年05期
5 ;A New Thermodynamic Calculation Method for Binary Alloys Part II:Exploring the Correction Factor Function[J];Journal of Materials Science & Technology;2002年04期
6 吴波,沈剑韵,张翥,孙军,彭德林,柳松青;Ti_2AlNb基合金的计算机模拟研究进展[J];稀有金属材料与工程;2002年04期
7 孔凡涛,陈子勇,田竞,陈玉勇;提高TiAl基合金室温塑性的方法[J];稀有金属材料与工程;2003年02期
8 屈华,刘伟东,张坤,刘志林;Ti_3Al基合金(0001)_(α_2)//(110)_β界面价电子结构分析[J];稀有金属材料与工程;2005年10期
9 王福会,唐兆麟;TiAl金属间化合物的高温氧化与防护研究进展[J];材料研究学报;1998年04期
10 张明杰,李金丽,梁家骁;熔盐电解法生产Al-Sc合金[J];东北大学学报;2003年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭京梅;;TiC增强颗粒在复合材料中的应用研究进展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年04期
2 温吉华;Monte Carlo方法在原子物理教学中的应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2002年02期
3 全桂英;;Mathematica在简谐振动合成分析中的应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2007年04期
4 李熙章,徐明英,张杰;氮化硅烧结体的缺陷分析[J];兵器材料科学与工程;2000年03期
5 张铭,申江,何家文;TiN晶体弹性常数的第一性原理计算[J];兵器材料科学与工程;2000年05期
6 吕磊;朱秀荣;周古昕;王生;宋建民;乔丽;贺新民;;Al-Cu合金中合金元素的热力学计算与分析[J];兵器材料科学与工程;2012年03期
7 喇培清;王利;程春杰;赵阳;杨洋;;反应物量对纳米晶Fe_3Al组织和性能的影响[J];微纳电子技术;2009年01期
8 苏希玉;支晓芬;侯芹英;程伟;刘佳雪;;First principles study of the Be-C co-doped MgB_2 system[J];半导体学报;2009年11期
9 蔡琳,吕燕伍;Ga_(1-x)Al_xN/GaN量子点红外吸收谱[J];北京交通大学学报;2005年03期
10 刘敏霞;;MgB_2穿透深度的各向异性:两带Ginzburg-Landau理论[J];北京大学学报(自然科学版);2008年04期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒲忠杰,蔡其巩;金属间化合物的脆性与改善途径[J];兵器材料科学与工程;1989年03期
2 戴瑛,黎乐民;大体系中局域活性泛函空间的构造方法和程序[J];北京大学学报(自然科学版);2001年02期
3 肖伟豪;张亮;姜惠仁;;Si对TiAl合金高温抗氧化性能的影响[J];北京航空航天大学学报;2006年03期
4 彭凌剑;王艳丽;林均品;陈国良;;铸造高铌TiAl合金双态组织转变过程[J];北京科技大学学报;2007年03期
5 段辉平,殷声,柳牧,赖和怡;一种制备不锈钢内衬复合钢管的新工艺[J];北京科技大学学报;1996年04期
6 欧阳世翕,傅正义,袁润章;自蔓延高温合成技术的研究动向[J];材料导报;1993年03期
7 李建保,谢志鹏,黄勇;陶瓷材料的原子复合与固溶强化[J];材料导报;1995年01期
8 沈志坚;SPS——一种制备高性能材料的新技术[J];材料导报;2000年01期
9 闫蕴琪,张振祺,周廉;γ-TiAl金属间化合物研究现状与未来展望[J];材料导报;2000年02期
10 陈国良;金属间化合物结构材料研究现状与发展[J];材料导报;2000年09期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王崇愚;我在金属缺陷复合体电子结构方面的成果[J];中国科学院院刊;1995年04期
2 解思深,邹小平;纳米材料与物理学[J];大学物理;2000年12期
3 王丽丽;徐利华;连芳;杨增朝;夏雯;;铅基复合钙钛矿型材料的电子结构和介电性能[J];硅酸盐通报;2010年03期
4 刘强;程新路;李德华;王锋;;Ti_3SnC_2电子结构的第一性原理研究[J];材料导报;2010年12期
5 成丽;张子英;邵建新;;ZnO氧缺陷的电子结构和光学性质(英文)[J];物理化学学报;2011年04期
6 黄国生,李振家,马昇平;冶金硅酸盐炉渣的化学键及其酸碱性[J];有色金属;1987年04期
7 朱天蔚;SiO_2负载Ni,Ru,Rh,Pd催化剂的电子结构及对CO/H_2反应的催化性能[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);1989年03期
8 余秀芬,黄种乐,孙琼丽,丛爱真,黄新;二DMF-μ-四酞酰替对甲苯胺合二铜的晶体结构和电子结构的研究[J];物理化学学报;1989年01期
9 吴念慈;蔡国强;董南;;[(dmpe)_2MnAlH_4]_2和(dmpe)_2MnAlH_4的电子结构和化学键[J];化学研究与应用;1991年04期
10 曹阳;王友良;;羰基氧化物RR~1COO的电子结构[J];化学学报;1991年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄祖飞;徐晓光;孟醒;王春忠;魏英进;陈岗;;菱方LiMnO_2电子结构的GGA方法研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
2 邹陆一;任爱民;封继康;;8-羟基喹啉硼及其衍生物作为有机电致发光材料的理论研究[A];第十届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2009年
3 邹陆一;任爱民;封继康;;三苯胺基衍生物作为OLED发光材料的理论研究[A];中国化学会第26届学术年会理论化学方法和应用分会场论文集[C];2008年
4 任爱民;邹陆一;封继康;;酚基吡啶硼配合物发光材料的理论研究[A];中国化学会第26届学术年会理论化学方法和应用分会场论文集[C];2008年
5 程国生;李富华;朱命玮;李喜贵;张瑞英;张金仓;;YBa_2Cu_3O_(6+x)体系的光辐照与其电子结构的研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
6 张乔丽;左走翼;范平;;压电材料超精细场的第一性原理计算[A];第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会论文集[C];2010年
7 邱成军;孙艳美;窦雁巍;;有机半导体酞菁配合物的气敏导电特性研究[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
8 杜林;葛茂发;;二吡啶二硫化物分子的光电子能谱[A];第十五届全国分子光谱学术报告会论文集[C];2008年
9 宋红州;张平;宋海峰;刘海风;;用LDA+U方法研究CeO_2的电子结构和晶格动力学性质[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
10 伍春燕;张海燕;何艳阳;朱燕娟;陈易明;梁远博;;掺锡C60薄膜材料的电子结构与电导性研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李大庆;“火眼金睛”把电子结构看得更多更深[N];科技日报;2006年
2 冯卫东;科学家揭开室温超导现象关键成因[N];科技日报;2008年
3 王荣梓;对“电子—电磁场波双锥螺旋结构”的探索[N];科技日报;2008年
4 本报记者 苏利川;荣威550:瞄准“70后”[N];中华工商时报;2008年
5 刘炳胜;创新成就科技英才[N];科技日报;2007年
6 记者 熊先道通讯员 罗勇;湖南嘉盛电陶新材料项目破土[N];常德日报;2008年
7 本报记者 乐国星;荣威750开始接受预订[N];南方日报;2007年
8 科人;一种物质是否透明由什么来决定[N];北京科技报;2001年
9 廖文根;新仪器吸引世界目光[N];人民日报;2007年
10 本报记者 包冉;国家网格在路上[N];计算机世界;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕梦雅;压力下硅、锗及其合金结构与电子性质的计算机模拟[D];燕山大学;2006年
2 郭汝海;InAs/GaAs自组装量子点的应变分布和电子结构的理论研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 李燕峰;若干二元金属间化合物电子结构、弹性和热力学性质的密度泛函研究[D];中南大学;2011年
4 朱应涛;几种半导体材料电子结构及光催化性质的理论研究[D];山东大学;2013年
5 廖奕;过渡金属σ-炔基配合物/聚合物光电性质的量化研究[D];吉林大学;2006年
6 宫长伟;Ni-Ti(Ta)合金的相变和电子结构的研究[D];大连理工大学;2006年
7 向明礼;多酸药物电子结构及其与抗肿瘤活性间的关系研究[D];四川大学;2002年
8 韩德明;几种双光子吸收材料的分子设计研究[D];吉林大学;2008年
9 李灿;计算机模拟金属化合物电子结构,晶体结构及其性能[D];吉林大学;2011年
10 杨可松;掺杂二氧化钛的稳定性、电子结构及相关性质的第一性原理研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈佳;锂离子电池正极材料结构的量子化学研究[D];重庆大学;2003年
2 朱磊;TATB及TATB类炸药分子的电子结构及性能研究[D];武汉理工大学;2005年
3 魏娜然;新金刚石晶体结构及电子结构的第一性原理研究[D];大连理工大学;2006年
4 熊波;有机磁性材料基态及结构相变研究[D];武汉大学;2005年
5 高国营;半金属铁磁体的电子结构和磁性研究[D];华中科技大学;2005年
6 林伟;SnO_2(110)掺杂表面电子结构及其吸附小分子的第一性原理研究[D];福州大学;2006年
7 张建祥;CdSe/ZnS半导体量子点电子结构的理论研究[D];西北大学;2009年
8 王连轩;Ⅲ族金属及Ga_mN_n团簇性质的第一性原理研究[D];重庆大学;2009年
9 刘志明;压力作用下金属锂掺氢体系的电子结构和物理性质[D];吉林大学;2004年
10 许海军;硅纳米孔柱阵列及其硫化镉纳米复合体系的光学特性研究[D];郑州大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026