收藏本站
《中南大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Ⅰ、Ⅳ和ⅥB族过渡金属电子结构、物理性质和热力学性质的系统研究

陶辉锦  
【摘要】: 本文完善了合金系统科学框架中的纯单质理论,并应用此理论对Ⅰ、Ⅳ和ⅥB族元素fcc,hcp和bcc三种晶体以及液体的电子结构、物理性质和热力学性质随温度的变化关系进行了系统研究,建立了完善的纯单质理论分析系统、纯单质知识库和纯单质数据库。 本文系统地对ⅠB、ⅣB和ⅥB族过渡金属进行了五个方面的研究:(1)计算了过渡金属稳定和亚稳相的电子结构,并在电子结构保持不变条件下计算了从OK到熔点的物理性质(势能曲线、结合能、体弹性模量、Debye温度、晶格振动能、原子体积、原子动能和原子势能)和热力学性质(恒容热容、恒压热容、焓、熵和Gibbs能);(2)假设液体与熔点之前的固体具有相同的晶体结构,计算了液相的电子结构,并在其电子结构保持不变的条件下计算了液相从OK至沸点的物理性质和热力学性质;(3)对单原子方法(价键理论)和单电子方法(能带理论)的电子结构计算结果进行了比较,并分析了电子结构和晶体结构之间的关系;(4)建立了汇集计算电子结构、晶格常数、势能曲线、物理和热力学性质等公式和计算程序于一体的纯单质知识库;(5)建立了纯单质数据库,主要包括基本原子态的电子结构、结合能和晶格常数数据表,电子结构杂化三角形和每一元素fcc、hcp、bcc晶体和液体的物理性质以及热力学性质随温度变化的数据表和曲线图,为建立元素周期表的fcc,hcp和bcc晶体的电子结构和性质数据库奠定了基础。 本文重点对纯金属相变时的电子结构转变及其对材料性质的影响进行了系统研究,取得了五个方面的创新成果:(1)金属材料力学和输运性质的价电子判据T_c、X_c和T_f中,共价电子线密度X_c比体密度T_c更适合作为材料力学性质判据,自由电子体密度T_f可以作为材料输运性质的普适判据,T_f与最近邻共价键上的电子线密度X_(c,1)可以联合为合金的成份设计提供最佳判据;(2)对ⅠB族元素Cu、Ag和Au稳定相的研究表明:金属的电子密度决定其物理性质,共价电子密度越大,原子结合越强,熔点越高,抗压强度等力学性质越高,但自由电子的输运性能将因共价电子的阻碍而下降;自由电子密度越大,金属的塑性、延性、导电和导热性等输运性质越好,但共价电子的结合性能因共价电子数目的减少而削弱;液相中的S_f电子同时受到d_c和s_c电子的散射及原子核热振动的影响,且液相的s_c电子对s_f电子的输运过程起主要阻碍作用;(3)ⅣB族元素Ti、Zr和Hf稳定相hcp晶体的轴比c/a偏离了理想值,其对称性较低,定义共价电子线密度X_c,并结合自由电子密度T_f和键参数研究了hcp相的电子结构与物理性质之间的关系,结果表明,d_c电子的对称性比s_c电子更低,原子配位的方向性和选择性更强,但其数目比s_c多,使得Ti、Zr和Hf元素最终形成了轴比分别为1.5884,1.5925和1.5821(理想比为1.633)的hcp结构;高温时,d电子向s电子转化,球对称的s电子对晶格稳定性起主要作用,形成对了称性更高的bcc结构;(4)对ⅥB族元素Cr、Mo和W稳定相同时采用T_c、X_c和T_f三个判据进行研究发现,最近邻共价键上的电子线密度X_(c,1)的变化趋势为X_(c,1)(Cr)<X_(c,1)(Mo)<X_(c,1)(W),它与三种元素的熔点、拉伸强度、维氏硬度、体弹性模量和最强键键能等性质变化规律完全一致,自由电子体密度T_f的变化趋势为T_f(Cr)<T_f(Mo)<T_f(W),它与三种元素的自由电子键能、导电和导热等性质变化规律一致;ⅥB族元素有可能由bcc结构向hcp或fcc转变,且电子结构的分析表明bcc将优先向hcp转变,该结果不仅与SGTE数据库一致,并且从电子结构层次上解释了ⅥB族元素晶格稳定性的差异;(5)对Ⅰ、Ⅳ和ⅥB族元素的电子结构研究的总体结果表明:当自然态固相向液相转变时,d_n电子的增加导致了液相原子的成键电子总数下降,d_c电子的减少导致了原子配位方向性和原子之间结合力的削弱,s_c电子的增加导致了d_n电子在总价电子数中的比例,即单键半径公式中的δ值减小,引起了单键半径和原子体积的增大,在s_f电子变化不大或者减少的情况下,液相的自由电子密度将下降,导电和导热等输运性质也将下降,这与实验结果一致。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG111.1

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 彭红建;质子交换膜燃料电池电催化剂Pt-Ru合金系的系统研究[D];中南大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张文清;原子间相互作用势库及其在材料模拟设计中的应用[J];材料导报;2001年02期
2 彭红建;谢佑卿;陶辉锦;;金属Pt的电子结构和物理性质[J];材料导报;2005年09期
3 谢佑卿,杨昕昕,彭坤;贵金属铑和铱的电子结构和物理性质[J];贵金属;2001年04期
4 谭晓莉,曾新吾,王裴;固体炸药起爆的经典分子动力学研究进展[J];含能材料;2005年01期
5 谢佑卿;;A New Potential Function With Many-Atom Interactions in Solid[J];Science in China,Ser.A;1993年01期
6 谢佑卿;吕满珊;张晓东;赵礼颖;;Electronic Structure and Properties of Ni Metal~*[J];Science in China,Ser.A;1993年04期
7 万纾民;固体中原子间相互作用势能函数与碱金属、碱土金属弹性的电子理论[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1987年02期
8 徐万东,张瑞林,余瑞璜;过渡金属化合物晶体结合能计算[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1988年03期
9 谢佑卿,张晓东,赵礼颖,马秀林;金属Cu的电子结构和物理性质[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1993年05期
10 谢佑卿,张晓东,陈嘉砚;Electronic structure and properties of pure cobalt[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);1996年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑虹;杠杆定律在铁碳相图中的应用[J];鞍山师范学院学报;1994年03期
2 燕来生,王志新,黄凌云;碘催渗快速固体软氮化机理的探讨[J];兵器材料科学与工程;1989年05期
3 王蕾,陈文华,秦展琰,谢治凯;梯度功能涂层的显微组织和性能[J];兵器材料科学与工程;1999年06期
4 贾淑果;卞华康;刘平;李香丽;吴卷;郑茂盛;;Cu-Cr合金固溶体的电子理论分析[J];兵器材料科学与工程;2008年05期
5 尹桂丽;周立岱;林成;;钢中磷化物的相价电子结构及其对冷脆的影响[J];兵器材料科学与工程;2009年03期
6 王鑫鑫;刘伟东;屈华;陈超;;V对Al_(12)Fe_3Si影响的价电子理论研究[J];兵器材料科学与工程;2009年05期
7 李飞;赵侠;李鑫;金玉华;;Cu-Zn合金固溶体的价电子结构分析[J];兵器材料科学与工程;2009年06期
8 张磊;李世春;;LaNi_5及其氢化物的价电子结构理论计算[J];兵器材料科学与工程;2011年01期
9 隆志力,韩雷,吴运新,周宏权;温度因素对热超声键合强度的影响实验研究[J];半导体技术;2005年06期
10 梁高飞;王成全;刘俊亮;于艳;方园;;TWIP钢应变诱导孪晶原位观察[J];宝钢技术;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 彭辉;雷进生;;南水北调中线漕河渡槽结构地震动力特性研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(上册)[C];2009年
2 付喜华;洪明;刘连海;;舰船加筋结构声辐射数值模拟方法研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
3 黄川;宋晓艳;魏君;韩清超;;金属纳米晶热稳定性的计算机仿真与实验研究[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
4 陈显辉;;Cr12MoV钢冷作模具热处理后变形与预防及工艺优化[A];第四届十三省区市机械工程学会科技论坛暨2008海南机械科技论坛论文集[C];2008年
5 郭泽尧;;ER70S-6盘条拉拔断裂原因分析[A];全国金属制品信息网第22届年会论文集[C];2010年
6 王学安;孙建国;陈才;;英标460(Φ50mm)热轧带肋钢筋弯曲不合格分析[A];山东省金属学会理化检验学术委员会理化检验学术交流会论文集[C];2009年
7 吴兴;李志鹏;王昌生;;流固耦合问题的非边界适应方法及无网格方法的研究进展[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年
8 陈显辉;;Cr12MoV钢冷作模具热处理后变形与预防及工艺优化[A];云南省机械工程学会第七届学术年会暨十三省区市机械工程学会学术年会论文集[C];2008年
9 刘志林;刘伟东;;非调质钢强度的理论计算[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
10 王耀奇;侯红亮;李志强;许荣昌;;累积叠轧焊纯铝的微观组织与力学性能研究[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马立峰;动荷载条件下多年冻土区斜坡路基稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
2 罗宁;爆轰法合成碳包覆金属纳米材料的研究[D];大连理工大学;2011年
3 刘建元;烧结过程中微观结构演变行为的Monte Carlo模拟[D];中南大学;2011年
4 吴厚平;稀土在Cr/V-RE/La_2O_3联合掺杂WC-Co合金烧结过程中的定向迁移行为与机理[D];中南大学;2011年
5 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
6 黄火根;Ti-Zr-Ni(-Pd)二十面体准晶的形成与储氘特性研究[D];中国工程物理研究院;2011年
7 刘喜珠;海上风电大直径宽浅筒型基础结构设计及安全性研究[D];天津大学;2010年
8 蒋淑英;Al/Fe、Al/Ni、Al/Ti液/固界面扩散溶解层研究[D];中国石油大学;2010年
9 刁晓刚;厚大断面球铁石墨析出行为及其铸件的物理模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 余海洲;反应硼化烧结Mo_2FeB_2基金属陶瓷的组织与性能[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马培鸽;微孔塑料气泡成核过程分子动力学分析[D];郑州大学;2010年
2 胡中华;Mg3AllCelSb合金相析出行为及其价电子结构研究[D];郑州大学;2010年
3 李卓;爆炸载荷作用下船舶舷侧结构毁伤与防护特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 冯宇剑;螺旋桨脉动压力识别[D];大连理工大学;2010年
5 刘振虎;基于湿模态法的舷侧外伸结构砰击响应[D];大连理工大学;2010年
6 林鹏;固相反应型Al_2O_3-TiB_2复相陶瓷涂层形成机理及力学性能研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 王先德;ZZNAL4Y压铸锌合金的改性研究[D];湘潭大学;2010年
8 刘锐文;架空索道索摩擦滑移分析及在动荷载下的响应分析[D];昆明理工大学;2008年
9 冯晶;CuCr合金时效析出的第一原理计算与分子动力学模拟[D];昆明理工大学;2009年
10 武宇琼;水轮机导水机构双列叶栅流动数值模拟及振动特性分析[D];昆明理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张婷,雷敏生,邱新平;CO吸附于PtRu合金(100)面上的DFT理论研究[J];江西师范大学学报(自然科学版);2005年02期
2 刘润茹,王德军;燃料电池工作原理及性能研究[J];长春大学学报;2004年02期
3 谢佑卿,唐仁政,卢安贤,张迎九,陈玲辉;材料设计的回顾与思考[J];材料导报;1995年02期
4 谢佑卿;;金属材料系统科学框架[J];材料导报;2001年04期
5 谢佑卿;;关于态和性质关系的讨论[J];材料导报;2001年06期
6 谢佑卿;;合金物理与化学框架[J];材料导报;2001年08期
7 谢佑卿,刘心笔;金属材料信息科学[J];材料导报;2003年01期
8 张文强;张萍;;质子交换膜燃料电池阴极铂合金催化剂研究进展[J];材料导报;2004年07期
9 文纲要,李长志,孙公权;燃料电池氧阴极催化剂的研究[J];电池;1999年03期
10 侯中军,俞红梅,衣宝廉,韩明;质子交换膜燃料电池阳极抗CO催化剂的研究进展[J];电化学;2000年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 胡桂林;质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟[D];浙江大学;2003年
2 朱科;质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究[D];天津大学;2005年
3 聂耀庄;金属晶格稳定性与热学性质第一原理研究[D];中南大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张亚斋;SPE夹膜电极阴极电解葡萄糖合成山梨醇和甘露醇的研究[D];河北师范大学;2010年
2 苏晓晴;微波—微乳法制备燃料电池催化剂的研究[D];汕头大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢佑卿;;金属材料系统科学框架[J];材料导报;2001年04期
2 郑志,郭建亭,吴伟文,孙超,朱耀霄;锆对无硼Ni_3Al合金组织性能的影响[J];材料工程;1992年S1期
3 侯中军,俞红梅,衣宝廉,韩明;质子交换膜燃料电池阳极抗CO催化剂的研究进展[J];电化学;2000年04期
4 郭俊梅,邓德国,潘健生,胡明娟;计算材料学与材料设计[J];贵金属;1999年04期
5 谢佑卿;固体中多原子相互作用的新势能函数[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1992年08期
6 谢佑卿,张晓东,赵礼颖,马秀林;金属Cu的电子结构和物理性质[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1993年05期
7 谢佑卿,吕满珊,张晓东,赵礼颖;金属Ni的电子结构及物理性质[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1993年08期
8 谢佑卿,马柳莺,张晓东,邹平,赵礼颖;Cu-Ni合金的微观结构和性质[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1993年09期
9 谢佑卿,张晓东,陈嘉砚;金属Co的电子结构和物理性质[J];中国科学E辑:技术科学;1996年03期
10 谢佑卿;Ag-Cu合金的原子能量及Gibbs能函数[J];中国科学E辑:技术科学;1997年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘小兰;郝金库;陈红丽;缪方明;;双-N-苯基水扬醛亚胺合钴的晶体结构和电子结构研究[J];天津师范大学学报(自然科学版);1991年01期
2 陈晋阳;程洪斌;;超高压技术在化学研究中的应用[J];中国科学基金;2006年04期
3 常旭;韩士田;刘彦钦;王涛;;N-酰化-α-氨基酸金属配合物的研究进展[J];河北化工;2009年01期
4 谢佑卿;李艳芬;刘心笔;李晓波;彭红建;聂耀庄;;以无序合金的实验数据为基础的Au_3Cu,AuCu_3,AuCuI和AuCuII的特征原子占据图(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年05期
5 郭鸿旭;陈晨;陈铃;梁敏;刘佳铭;翁文;;一个四核铜配合物的水热合成、结构及荧光性质[J];应用化学;2008年06期
6 于大龙;陈玉红;;LiNH2晶体结构和电子结构的第一性原理研究[J];甘肃科学学报;2009年04期
7 路慧哲;冯振高;李畅;袁会珠;覃兆海;;丁吡吗啉与其苯基类似物的电子结构特征比较[J];物理化学学报;2010年06期
8 叶红德;蒋其柏;解铭时;丁冠宇;李一志;燕红;;半夹芯16电子化合物CpCo(S_2C_2B_(10)H_(10))中B(3,6)位的选择性分步取代反应(英文)[J];无机化学学报;2011年08期
9 陶辉锦;谢佑卿;彭红建;余方新;李晓波;聂耀庄;刘锐锋;;贵金属Cu、Ag、Au的电子结构和物理性质[J];中国有色金属学报;2006年06期
10 李健民,潘国强;[Cu(C_7H_4No_3S)_2(H_2O)_4]·2H_2O晶体的电子结构[J];中国科学技术大学学报;1986年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑春英;李晖;;过渡金属β-氨基酸配合物的合成与晶体结构研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
2 尹慧;陈学安;常新安;臧和贵;肖卫强;;PbBiBO_4的合成、晶体结构和电子结构研究[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
3 王宇婷;樊耀亭;候红卫;;H_2tzda过渡金属配位聚合物的合成与晶体结构[A];中国化学会全国第十三届大环化学暨第五届超分子化学学术讨论会论文选集[C];2006年
4 杨淼;于吉红;陈鹏;李激扬;徐如人;;新型微孔硼磷酸盐化合物的合成、结构与性质研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
5 仇启明;金琼花;孙静静;黄旭;;过渡金属与2,2’-联咪唑及硫氰根配合物的合成与晶体结构[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
6 魏东明;曹运珠;侯克玲;张财顺;邢永恒;;半三明治型镍羧酸配合物的合成表征及晶体结构[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
7 张秀荣;张伟;;过渡金属锇团簇及其簇合物的研究进展及应用[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年
8 曹靖;张福利;董信;李海军;崔亚立;刘家成;;新型三氮唑类Zn配合物的合成和晶体结构[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008年
9 黄东海;黄春燕;郭小兰;倪春林;;两种异马来二氰基二硫烯(Ⅱ)离子对配合物的合成和晶体结构[A];中国化学会2008年中西部地区无机化学、化工学术交流会会议论文集[C];2008年
10 曹靖;谢华;马成海;郭端燕;尚可霞;刘家成;;新型三氮唑类Ag配合物的自组装结构[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008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 毛黎;美利用DNA链获得金纳米粒子晶体[N];科技日报;2008年
3 毛黎;美开发出耐高温超强超硬纳米晶体铁合金[N];科技日报;2008年
4 ;新型电荷传输材料的合成技术[N];科技日报;2006年
5 毛黎;美测定超级离子传导性材料晶体结构[N];科技日报;2008年
6 康启来;纸张的物理性质及其对印刷的影响[N];中国包装报;2003年
7 历重;沙门氏菌对宿主细胞的侵染机制研究获进展[N];中国医药报;2007年
8 浙江虹越花卉有限公司 蔡向阳;常用容器栽培介质 物理性质和化学性质[N];中国花卉报;2008年
9 余祖球;铁红釉的艺术特征及晶体结构简介[N];广东建设报;2005年
10 本报记者  马艳红;中药制剂研究——物料物理性质研究应唱[N];中国医药报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陶辉锦;Ⅰ、Ⅳ和ⅥB族过渡金属电子结构、物理性质和热力学性质的系统研究[D];中南大学;2006年
2 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
3 杨俊;镧系及5d过渡金属硼、碳、氮化合物的第一性原理研究[D];燕山大学;2010年
4 原玲;基于Keggin多金属氧酸盐和仲钨酸盐-B的桥连化合物的研究[D];东北师范大学;2009年
5 邵允;二烷硫基亚甲基丙二酸配合物的合成、结构及性质研究[D];东北师范大学;2006年
6 武望婷;羧酸类芳酰腙配合物的结构、生物活性及与DNA作用初探[D];西北大学;2007年
7 戴军;一些新型材料物性的理论研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 翁建全;1,3-噻唑烷衍生物的合成、结构和生物活性[D];浙江工业大学;2005年
9 何战兵;Al-Cr-(Si)合金系中准晶及其近似晶体相的结构研究[D];大连理工大学;2005年
10 吴宗斌;多孔膦酸盐的制备、表征和结构研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周静;缩氨基硫脲席夫碱及其金属配合物的合成、晶体结构和抗癌活性研究[D];河南大学;2008年
2 丁艳;新型过渡金属—有机胺修饰和桥连的多金属氧酸盐化合物的研究[D];东北师范大学;2008年
3 刘奎;二(吡啶)三唑过渡金属配位聚合物的合成、结构和性质研究[D];苏州大学;2009年
4 张文利;柔性双咪唑配体配位聚合物的合成和晶体结构研究[D];东北师范大学;2007年
5 龚凯;磁性材料电子结构和自旋结构的第一性原理研究[D];武汉理工大学;2007年
6 梁永庆;新型不对称席夫碱过渡金属配合物的合成、表征及晶体结构[D];西北大学;2004年
7 王文举;过渡金属配合物修饰的多钼酸盐的水热合成和晶体结构[D];东北师范大学;2005年
8 林宏艳;由含氮杂环配体构筑的过渡金属配位聚合物的合成、晶体结构和性质研究[D];东北师范大学;2008年
9 江丽芳;硫脲衍生物及其金属配合物的合成、表征及性质研究[D];福州大学;2006年
10 胡娟;多联吡啶类配体过渡金属配合物的合成、表征及晶体结构[D];西北大学;2001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