Heusler合金Mn2TiGe的电子结构与磁性研究

基于密度泛函理论(DFT),采用第一性原理赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对Mn2TiGe Heusler合金的电子结构、磁性及半金属特性进行了研究.结果表明,Mn2TiGe的稳定晶体结构是Mn2CuAl型晶体结构；由能带计算得到Mn2TiGe的自旋磁矩为1.97 μB,其中Mn、Ti、Ge原子的自旋磁矩分别为0.71、-0.39、-0.03 μB.     

Cr2VZ(Z=P,As)全赫斯勒合金的能带结构、半金属性与磁性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Cr₂VZ(Z=P,As)全赫斯勒合金的能带结构、半金属性及其磁性。结果表明,当Cr₂VZ(Z=P,As)处于亚铁磁性时,结构处于稳定态。同时确定了Cr2VAs的单位结构的总磁矩为–2μB,计算结果符合Slater-Pauling规则。Cr₂VP在稳定态属于普通铁磁体。采用Cr₃d与V 3d电子的杂化解释了自旋向下能带出现带隙的原因。当Cr₂VP和Cr₂VAs合金的晶格常数分别在0.5700~0.5900 nm和0.5704~0.6054 nm范围内变化时,二者的半金属性能够保持。本研究成果能够为Cr₂VZ(Z=P,As)合金的实际应用提供一些帮助。     

Cr_2VZ(Z=P,As)全赫斯勒合金的能带结构、半金属性与磁性研究（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Cr2VZ (Z=P, As)全赫斯勒合金的能带结构、半金属性及其磁性。结果表明,当Cr2VZ (Z=P, As)处于亚铁磁性时,结构处于稳定态。同时确定了Cr2VAs的单位结构的总磁矩为–2μB,计算结果符合Slater-Pauling规则。Cr2VP在稳定态属于普通铁磁体。采用Cr 3d与V 3d电子的杂化解释了自旋向下能带出现带隙的原因。当Cr2VP和Cr2VAs合金的晶格常数分别在0.5700～0.5900 nm和0.5704～0.6054 nm范围内变化时,二者的半金属性能够保持。本研究成果能够为Cr2VZ (Z=P, As)合金的实际应用提供一些帮助。     

Gd99.75Fe0.25合金的大磁热效应及应用特性研究

采用X射线衍射、物理性能测试系统、显微硬度计及电化学工作站研究了经氩弧熔炼、1123K均匀化热处理168h的Gd99.75Fe0.25合金的磁热效应及应用特性。结果表明:Gd99.75Fe0.25合金仍保持纯Gd的六方晶体结构;Gd99.75Fe0.25合金的居里温度为294K,且在居里点附近发生铁磁到顺磁的二级相变,2和5T外场下的最大磁熵变分别为4.99和9.37J·kg-1·K-1,均大于纯Gd;Gd99.75Fe0.25合金的显微硬度(HV0.2)590MPa,与纯Gd相当,但少量Fe的掺杂提高了Gd的耐蚀性。含少量Fe的Gd99.75Fe0.25合金具有大的磁热效应及良好的应用特性,是一种有很大应用潜力的室温磁致冷材料。     

激光熔覆AlCrCoFeNiMoTi0.75Si0.25高熵合金涂层刀具的性能

利用激光熔覆技术制备了AlCrCoFeNiMoTi0.75Si0.25高熵合金涂层刀具,研究了激光快速凝固和经过1 000℃退火处理的AlCrCoFeNiMoTi0.75Si0.25高熵合金涂层微观组织和硬度、摩擦磨损性能,并比较了普通高速钢及高熵合金涂层刀具的切削加工性能。结果表明:激光熔覆AlCrCoFeNiMoTi0.75Si0.25高熵合金涂层的主要相结构为bcc相,涂层具有较好的高温稳定性。激光熔覆高熵合金涂层刀具表面硬度高,摩擦因数小,断屑效果好,被加工材料表面光洁度高。     

过渡金属对Mg2Ni氢化物电子结构和热力学稳定性影响:第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,计算并分析了Mg2Ni1-xMx(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,x=0.25)合金及其氢化物Mg2Ni1-xMxH4的电子结构和热力学稳定性。计算结果表明:Mg2NiH4和Mg2Ni1-xMx的晶胞参数与实验值吻合较好。对Mg2Ni1-xMxH4的电子结构分析发现:氢化物中的Ni—H和M—H键为共价键、Mg—H键为离子键,且Ni—H与M—H键的相互作用强于Mg—H键的。Mn、Fe和Co的部分替代对Ni—H键的相互作用影响较小,而Cu的替代则减弱了Ni—H键的相互作用,这可能是Cu替代后氢化物结构稳定性降低的一个原因。计算了Mg2Ni0.75M0.25H4(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)的生成焓,分别为-57.7、-61.5、-61.4、63.4和41.6 kJ/mol,与实验值吻合较好。     

第一性原理方法研究CrTe电子结构性质

使用基于局域密度近似的密度泛函方法,对闪锌矿结构和纤锌矿结构的CrTe进行模拟计算,通过对它们的磁学性质、态密度、能带结构以及部分电荷密度分析发现：这两种结构的CrTe都是半金属铁磁体,原胞的总磁矩分别为4μB和8μB．它们的半金属带隙为0．73eV和0．84eV。除此之外,还发现,半金属性质主要来源是Cr3d电子自旋交换劈裂和它与Te5p电子的强杂化。     

基于(Li_(0.75)Na_(0.25))(Fe_(0.75)Mn_(0.25))PO_4正极材料电子结构的第一性原理研究(英文)

采用第一性原理平面波赝势方法计算研究了在LiFePO4的Li位、Fe位和Fe/Li位共掺杂金属原子对材料的电性能和局部结构稳定性的影响关系。结果表明:Li位掺杂(Li0.75Na0.25)FePO4比Fe位掺杂Li(Fe0.75Mn0.25)PO4表现出更好的电子电导性,而局部结构稳定性刚好相反。但是Fe/Li位共掺杂对电子电导性和局部结构稳定性具有双重优化作用,这可能是由Na-2p电子与Li-s电子相互作用引起的。同时,根据计算差分电荷密度关系可以发现共掺杂后会有大量其他原子电荷向Li原子周围偏移,从而改善材料的电子电导性能。     

First Principles Studies on the Electronics Structures of (Li0.75Na0.25)(Fe0.75Mn0.25)PO4 Cathode Materials

采用第一性原理平面波赝势方法计算研究了在LiFePO4的Li位、Fe位和Fe/Li位共掺杂金属原子对材料的电性能和局部结构稳定性的影响关系。结果表明:Li位掺杂(Li0.75Na0.25)FePO4比Fe位掺杂Li(Fe0.75Mn0.25)PO4表现出更好的电子电导性,而局部结构稳定性刚好相反。但是Fe/Li位共掺杂对电子电导性和局部结构稳定性具有双重优化作用,这可能是由Na-2p电子与Li-s电子相互作用引起的。同时,根据计算差分电荷密度关系可以发现共掺杂后会有大量其他原子电荷向Li原子周围偏移,从而改善材料的电子电导性能。     

K掺杂正交相Ca2Si电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似(GGA),对K掺杂正交相Ca2Si前后的电子结构和光学性质进行比较分析。计算表明,掺K后正交相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的p型半导体,禁带宽度为0.4318 eV,光学带隙变宽;掺杂K后价带主要是Si的3p态,Ca的3d、4s态以及K的3p、4s态的贡献。并利用计算的能带结构和态密度分析了K掺杂正交相Ca2Si前后的复介电函数、能量损失函数、反射光谱及吸收光谱,结果显示掺K增强了材料对太阳光谱中红外波段的能量利用。研究结果说明掺杂是改变材料电子结构和光电性能的有效手段,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

Lu2O3电子结构及物理性质的第一性原理研究

基于密度泛函第一性原理平面波赝势方法对Lu_2O_3六方、单斜和立方3种结构进行计算。结合能结果表明C型Ia3立方结构最稳定。立方Lu_2O_3的力学、热力学、电子结构以及光学性质计算揭示:Lu_2O_3有良好的韧性和弹性各向异性特征;热力学稳定性较好;Lu_2O_3为直接带隙,位于导带底的电子有效质量小,非局域程度高;价带顶到导带底跃迁主要源于Lu 4f和O 2p电子。Lu原子5d轨道和O原子2p轨道的强烈杂化形成Lu–O共价键;Lu_2O_3最大光反射率为0.36,在3~10 eV能量范围内其光吸收能力较强,近红外线和可见光范围内有优异透光性能,是良好光绝缘性材料。     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。     

Ti0.32Cr0.43-x-yV0.25FexMny合金及其MmNi3.99Al0.29Mn0.3Co0.6复合物的储氢性能和电化学性能

韩国Chonnam国立大学材料科学工程系Han-Gyo Lee等人研究了bcc型Ti0.32Cr0.43-xyV0.25Fex Mny合金及其复合物AB5型MmNi3.99Al0.29Mn0.3Co0.6(Mm为混合金属)合金的储氢性能和电化学性能,前者的x=0、0.03、0.055;y=0.03、0.055、0.080。研究结果表明,bcc型合金的最大氢化能力同晶格常数成正比。Fe/Mn置换bcc型合金中的Cr使相应压力-组     

微观相场法反演Ni0.75AlxV0.25-x合金的原子间相互作用势

采用微观相场法,利用Khachaturyan所给原子间相互作用势与长程序参数关系方程,计算出Ni_(0.75)Al_xV_(0.25-x)合金L1_0、L1_2和DO_(22)相第一近邻原子间相互作用势,并用计算的原子间相互作用势模拟了Ni_(0.75)Al_xV_(0.25-x)合金沉淀过程以及最终形貌。计算结果表明,L1_0、L1_2和DO_(22)相第一近邻原子间相互作用势随温度增大而增大,随浓度增大而增大,且计算得到的随温度和浓度变化的原子间相互作用势与之前的实验值符合较好。计算的原子间相互作用势的模拟结果能依次得到预析出相L1_0、稳定相L1_2和第二相DO_(22),且合金沉淀形貌与实验结果吻合。相场法反演原子间相互作用势,拓宽了相场法在合金设计中的应用范围。     

共掺杂Cu,Te后禁带宽度变窄对In2Se3基半导体热电性能的影响

α-In2Se3是一类A2ⅢB3Ⅳ型宽带隙半导体材料。但在α-In2Se3化合物中共掺杂适量的Cu,Te后发现禁带宽度(Eg)变窄,Eg值由本征态时的1.32eV减小到1.14eV。掺杂后电学性能得到了大幅度的改善。最大功率因子由0.7610-4增大到2.810-4W·m-1·K-2;最大热电优值(ZT)从本征态时的0.25提高到0.63。高分辨电镜(HRTEM)观察结果表明,在未掺杂时,α-In2Se3呈现非晶状组织,共掺杂Cu,Te后,微结构则转变成明显的多晶组织。在温度高于500K时,掺杂后晶格热导率的适量提高与该微结构转变有直接联系。     

冷喷涂制备纳米结构FeAl金属间化合物涂层

利用机械合金化制备纳米结构FeAl固溶体合金粉末,采用冷喷涂沉积Fe(Al)固溶体合金涂层并结合后热处理原位反应制备了纳米结构FeAl金属间化合物涂层。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等研究了机械合金化Fe(Al)固溶体合金粉末、喷涂态Fe(Al)合金及热处理后FeAl金属间化合物涂层的组织结构特征。结果表明,球磨Fe(Al)合金粉末具有精细的层状结构,喷涂态Fe(Al)合金涂层具有不同于传统热喷涂涂层的独特层状结构,保留了与原始粉末类似的纳米结构;在500℃热处理后涂层中Fe(Al)固溶体转变为FeAl金属间化合物,其晶粒尺寸约为30 nm。     

α-(Al,Cr,Fe)_2O_3相稳定性和力学性能的第一性原理计算

采用第一性原理分别对α-Al_2O_3、α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3、α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3相晶胞体积、结合能、态密度和力学性能的变化进行计算。研究表明:α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3四元相的晶胞体积随着Fe原子置换数量的增加而缓慢增大,α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3四元相晶胞的体积随着Fe原子数量的增加而迅速减小;相结合能结果显示,α-Al_2O_3、α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3、α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3相均为稳定结构,其中α-Al_2O_3相的结合能最低,随着置换原子种类和数量的增加,结合能增大,相稳定性下降;当Fe元素原子数量占金属元素总原子数0～3 at.%时,α-(Al_(0.75-x) Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3四元相的硬度、H/E和H3/E*2较α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3相有明显提升,但均低于α-Al_2O_3相,仅α-(Al0.63Cr_(0.25)Fe0.12)_2O_3相的H/E和H~3/E~(*2)值高于α-Al_2O_3相。     

合金化效应对Fe3Si结构稳定性和力学性能的影响

采用基于密度泛函理论的赝势平面波法,研究了Ni、Co、Cr元素对Fe3Si金属间化合物结构稳定性、弹性性能和电子结构。合金形成热和结合能的计算结果显示,Fe3Si-Ni具有最强的合金化形成能力,且结构最稳定。力学常数的计算结果表明,Ni和Cr的加入可提高化合物的塑性和延性,而Co可提高其硬度,其中Fe3Si-Ni的塑性最好,Fe3Si-Co的热稳定性最好。态密度和布居分析的计算结果表明,Fe3Si-Ni结构最稳定且塑性最佳的原因主要在于其体系的Fermi能级最接近于赝能隙的底部,Fe—Ni键布居数最大,合金化后体系的金属性增强最明显。     

三元Stannide相窄带隙半导体Na_2MgSn的第一性原理计算(英文)

利用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)研究Na_2MgSn的电子结构、化学键、弹性和光学性质。能带结构显示Na_2MgSn为间接带隙材料,带隙宽度为0.126 eV;态密度和分态密度计算结果表明,费米能级附近的态密度主要来自Na、Mg和Sn的p态电子;布居分析表明Na_2MgSn中的化学键具有以共价性为主的混合离子-共价特征。计算得到Na_2MgSn的晶格参数、体模量、剪切模量和单晶的弹性常数,由此导出弹性模量和泊松比。结果表明,Na_2MgSn是力学稳定的,且具有一定的脆性。光学函数表明Na_2MgSn是好的介电材料,反射谱在6.24~10.29 eV的能量范围内,Na_2MgSn是较好的被覆材料。     

L12型Al3Sc基金属间化合物有序化行为和力学性能的第一性原理计算

本文采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了L1₂型Al₃Sc基金属间化合物中元素的占位有序化行为和力学性能。结果表明：Al₃Sc合金呈现完全有序化,其中Al占据3c亚晶格位置,Sc占据1a亚晶格位置；L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物(M=Y、Ti、Zr和Hf)也呈现完全有序化,第三组元M均只占据1a亚晶格位置,这些元素的占位行为均不受温度的影响。L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物均满足力学稳定性条件。M为Y时,L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的剪切模量、体弹模量和杨氏模量和硬度下降；M为Ti、Zr或Hf时,随着原子半径增大,剪切模量、体弹模量、杨氏模量和硬度逐渐降低,其中Ti的加入可使L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的塑性和韧性达到最好。