第一性原理研究点缺陷对B2结构NiAl合金性能的影响（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了含点缺陷结构NiAl晶胞的形成热、形成能、点缺陷平衡浓度、力学性能、电子结构等。将NiAl与其他B2结构的金属间化合物进行对比,发现NiAl拥有更好的塑性和成键强度。根据形成热、形成能和点缺陷平衡浓度的计算结果,发现Ni反位和空位缺陷是NiAl晶胞结构中主要的点缺陷。通过Pugh(G/B_0)和Cauchy(C_(12)–C_(44))准则预测出Ni空位和反位缺陷、Al反位缺陷能够提升NiAl合金的脆性,其中Ni空位缺陷作用最明显;而Al空位缺陷能够改善NiAl合金的塑性,但在NiAl合金中的浓度很低。态密度计算结果发现NiAl合金具有良好的导电性能,Ni空位缺陷、Al空位和反位缺陷能够提升NiAl合金的稳定性。     

点缺陷对B2-CoSc化合物物性影响的第一性原理研究

利用第一性原理的Castep软件,对B2型金属间化合物Co Sc的16种点缺陷的热力学参数、电子结构和弹性常数进行计算,分析16种点缺陷存在的类型及对化合物力学性能的影响。结果表明:Co单空位形成热和结合能分别是-6.78 e V和-0.43 e V,Co单空位化合物最容易形成、稳定性最好;其次是Co单反位化合物,形成热和结合能分别是-6.152 e V和2.504 e V。从而得出16种点缺陷最稳定存在形式是Co空位和Co反位;存在的组态是Co单空位、Co双空位、Co三空位和Co双反位。由电子态密度图中的费米能级和赝能隙也定性判断出,Co空位和反位缺陷化合物比Sc空位和反位缺陷化合物稳定。计算6种点缺陷的泊松比?可知,Co三空位的化合物金属键最强、塑性最好。与完整的Co Sc金属间化合物塑性相比,有空位缺陷的金属间化合物塑性得到提高。     

V掺杂Ni3Al点缺陷结构及合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了V掺杂Ni3Al合金的电子结构和点缺陷结构.通过计算与实验结果对比选择了适合Ni3Al合金计算的近似方法,计算了含有各个缺陷的晶胞的晶格常数,形成热和结合能,点缺陷的形成能和平衡浓度,态密度和电荷密度.计算结果表明:Ni3Al合金中反位缺陷较空位缺陷易形成,NiAl是Ni3Al合金中最主要的反位缺陷,Al位最易形成缺陷,在1400 K时,空位缺陷的浓度远远低于反位缺陷的浓度.V加入Ni3Al合金体系中能提高合金的稳定性.     

Thermal Conductivity and Mechanical Properties of as-Cast Mg-3Zn-(0.5~3.5)Sn Alloys

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对含氧空位单斜相HfO2的电子结构和光学性质进行了计算.计算结果表明,氧空位缺陷的存在使得HfO2带隙中出现了缺陷态,主要由最近邻Hf原子的5d态组成.随后,结合计算的电子态密度分析了氧空位对HfO2材料介电常数和吸收系数的影响.氧空位存在时,在380～220 nm的紫外波段内出现了较弱的吸收峰.     

含氧空位单斜相HfO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对含氧空位单斜相HfO2的电子结构和光学性质进行了计算。计算结果表明,氧空位缺陷的存在使得HfO2带隙中出现了缺陷态,主要由最近邻Hf原子的5d态组成。随后,结合计算的电子态密度分析了氧空位对HfO2材料介电常数和吸收系数的影响。氧空位存在时,在380～220 nm的紫外波段内出现了较弱的吸收峰。     

含空位和杂质缺陷的闪锌矿电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,研究硫空位、锌空位以及铁和镉杂质对闪锌矿电子结构的影响,分析空位和杂质对闪锌矿的价键结构、能带、态密度、差分电荷密度等的影响。计算结果表明:镉杂质缺陷导致闪锌矿的晶胞参数变大,而硫空位、锌空位和铁杂质均使闪锌矿的晶胞参数变小;硫空位使闪锌矿的带隙变窄,与硫空位相邻的4个锌原子的电荷明显低于其他锌原子的电荷;锌空位使闪锌矿的带隙变宽,费米能级向低能方向偏移,与锌空位相邻的4个硫原子的电荷明显低于其他硫原子的电荷;铁杂质使闪锌矿的带隙变宽,并在带隙中形成一个由铁的3d轨道贡献的杂质能级,费米能级向高能方向偏移;镉杂质对闪锌矿能带结构和态密度的影响较小,在闪锌矿价带-7.5eV处形成一个由镉的4d轨道贡献的能级,Cd—S键布居数下降,共价性减弱。     

分子吸附和表面缺陷对 ZnO 薄膜紫外探测的影响

目的研究分子吸附在不同的ZnO表面时,体系的稳定性、电子结构、紫外光吸收情况。方法根据第一性原理密度泛函理论,首先对O2和H_2O分子分别吸附在完备的ZnO和具有氧空位的ZnO单层膜表面进行结构优化,然后分析不同体系的电子结构和光学性质。结果通过吸附能可知,分子吸附有利于系统稳定性的提高,其中氧分子吸附最为明显;能带和态密度图显示,分子吸附有利于电子在导带和价带之间的跃迁;差分电荷密度图表明,分子吸附的所有体系都存在电子转移,吸附分子和薄膜之间存在相互作用;光吸收图显示,分子吸附的ZnO体系光吸收明显增强。水分子吸附在含氧空位的ZnO单层膜上时,体系具有较强的紫外吸收、较高的载流子浓度、较小的载流子有效质量以及较好的稳定性,是比较理想的紫外探测材料。结论ZnO单层膜中氧空位和实验环境中的氧气和水汽均能影响体系的紫外响。研究结果可为ZnO基薄膜紫外探测器的发展提供参考。     

B2-RuAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明：RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位.这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高.进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好.     

铝中小空位团簇稳定性的第一性原理研究（英文）

空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,LDA是Al中单空位形成能最可靠的近似,其次是PBE、PBEsol、PW91和AM05。本文结果证实Al中的双空位在能量上是不稳定的。此外,任何结构中小于5的空位团簇相对于相应数量的孤立单空位都是不稳定的。SFT是大多数小空位团簇中最稳定的结构,其次是孔洞和空位板。这些结果有助于理解实验观测到的铝中空位团簇的尺寸分布。     

空位缺陷及B掺杂石墨烯吸附Co2+的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了本征石墨烯、硼掺杂石墨烯、空位缺陷石墨烯、空位硼掺杂石墨烯对Co²⁺离子的吸附作用。通过计算、分析上述不同石墨烯模型吸附Co²⁺后几何结构、吸附能、电荷转移量及能带结构的变化,发现本征石墨烯与Co²⁺虽能发生吸附,但吸附效果差;硼掺杂与空位缺陷使石墨烯与Co²⁺之间的吸附能增大,并使石墨烯能带产生带隙,显著提高了石墨烯对Co²⁺的吸附性。吸附后的体系态密度分析表明,三种改性石墨烯均与Co²⁺的态密度曲线发生明显重叠,表明相互之间发生了化学吸附。其中空位缺陷石墨烯对Co²⁺的吸附性能最优,其次是空位硼掺杂石墨烯,表明空位缺陷石墨烯和空位硼掺杂石墨烯可作为Co²⁺的检测和吸附去除材料。     

Effects of Oxygen Vacancy on the Electronic Structure of Cubic LaAlO3

采用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一性原理研究了立方相LaAlO3中不同价态氧空位的电子性质。结果表明,氧空位的存在会在立方相LaAlO3的禁带中引入缺陷能级,在氧缺失的条件下,氧空位在立方相LaAlO3中是稳定存在的。随着费米能级位置的改变,具有0价和+2价的氧空位分别为最稳定的电荷状态。LaAlO3中的氧空位具有负U性质,当空位进入到氧化物中时,氧空位会俘获2个空位,达到稳定状态。因此,在LaAlO3高k栅介质中,氧空位为主要俘获电荷的陷阱。     

MoS_2电子结构、振动和介电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了MoS2电子结构、振动和介电性质,得到了MoS2能带结构、态密度、介电谱和红外反射谱。研究表明,MoS2为间接带隙半导体。介电张量在垂直和平行于c轴方向表现出强烈的各向异性。电子屏蔽作用对介电常数贡献较强,晶格振动对介电常数贡献较弱。在300~500 cm-1波段,由于红外光学模的存在,材料与电磁波存在较强的相互作用,透波性能较差。     

Density of thermal vacancies in γ-Ti–Al–M,M=Si,Cr, Nb,Mo, Ta or W

Modifications to alloy chemistry are often used to tailor the intrinsic flow behavior of structural materials. Models of creep in intermetallic alloys must account for the influence of chemistry on the available intrinsic creep mechanisms. As in simple metals the presence of vacancies strongly influences bulk diffusion processes in these materials. Limiting the density of constitutional and thermal vacancies by alloying may produce materials with enhanced creep properties. The energy of intrinsic and substitutional point defects in L1₀ TiAl is calculated within a first principles, local density functional theory framework. Relaxed structures and energies for vacancies, antisites and solid solutions are calculated using a plane-wave-pseudopotential method. Calculated defect energies are used within a canonical ensemble formalism to estimate the point defect densities as a function of temperature and composition. The density of vacancies is found to be sensitive to the underlying stoichiometry of TiAl. The dependence of the vacancy concentration for solid solutions of Si, Cr, Nb, Mo, Ta and W is also predicted.     

The effect of composition on defect structure associated with elimination of vacancies across the NiAl---FeAl pseudobinary

The defect morphology across the NiAI---FeAl pseudobinary following high-temperature heat treatment and subsequent low-temperature annealing was examined by transmission electron microscopy. These B2 compounds retain a high density of vacancies following high-temperature annealing, but this vacancy concentration is reduced by low-temperature ageing. Associated with this reduction in vacancy concentration is the evolution of complex defect microstructures. Void formation was observed in NiAl, while FeAl exhibits a homogeneous distribution of dislocations. The Ni-rich ternary alloys exhibited a microstructure of well-defined subgrains; however, the distribution of dislocations became less localised as the composition became more iron-rich. The formation of these differing morphologies was related to the energy of divacancy formation for these compounds.     

层状Bi2O2CO3可见光催化活性增强机理研究

本文基于第一性原理方法,研究Bi2O22+和CO32-交替层中氧缺陷生成对晶体结构、能带结构以及光学性质的影响,揭示氧缺陷提高Bi2O2CO3可见光催化活性作用机制。计算结果发现,氧缺陷的存在对Bi2O2CO3的晶胞参数和Bi-O键影响较小,但作为电子施主中心可以向周围原子提供电子,造成Bi2O2CO3电荷分布发生变化,有效减小能带间隙,促进Bi2O2CO3对可见光的吸收,且这种现象随着氧缺陷浓度的升高更加明显。值得注意的是,Bi2O22+层和CO32-层氧缺陷的作用不同。CO32-层中氧缺陷的形成导致费米能级附近出现缺陷能级,改变了电子的跃迁方式。相较于CO32-层,氧缺陷更容易存在于Bi2O22+层中,能够更佳有效地减小Bi2O2CO3的能带间隙,进一步促进Bi2O2CO3对可见光的吸收。随着Bi2O22+和CO32-层氧缺陷浓度增加,Bi2O22+层氧缺陷的作用愈明显,当浓度达到6.25%时,Bi2O2CO3在可见光区的响应显著增强,有利于提高Bi2O2CO3可见光催化活性。本文计算结果解释了实验上氧缺陷增强Bi2O2CO3光催化活性现象,并为今后合成其它含氧缺陷Bi基金属氧化物提供理论指导。     

The influence of doping by transition metal elements on the vacancy formation energy in Fe-Al <Emphasis Type="Italic">B</Emphasis>2 phase

Based on ab initio calculations for Fe-Al B2 phase with and without the vacancies, the authors studied the influence of alloying by Ni, Cr, and V on the energy of vacancy formation. The authors predict that the presence of these alloying elements in the vicinity of the vacancy on the Fe site increases the energy of the vacancy formation. The present article discusses the changes of the electron charge redistribution in the vicinity of the vacancy in Fe-Al alloyed with these transition metals and link the preference of their site occupation with the peculiarities of the electron density redistribution. In addition, the authors report on the results of calculations of different types of antisite defects in Fe-Al and show that the formation of the antisite on the Al site is the energetically preferable configuration for this defect. The obtained results are in agreement with the experimental data.