合金元素对V(110)表面O吸附影响的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了V(110)表面的氧吸附行为以及Al、Ti、Cr等合金元素的影响,并结合热力学原理构建了钒合金表面氧化相图,分析了钒合金表面氧化的微观机制。结果表明,Al和Ti倾向于在V(110)表面偏析,Cr不会在V(110)表面偏析。在V(110)表面会发生Al和Ti的选择性氧化,而Cr不会发生选择性氧化。对钒合金表面氧化机制的研究结果可以很好地解释钒合金的氧化行为,并可预测V-Al合金的选择性氧化行为,从而为钒合金表面氧化物阻氚涂层的制备提供指导。     

第一性原理研究PbTiO_3(001)晶面的原子结构和表面偶极(英文)

采用第一性原理方法和半冻结模型研究了四方相、立方相PbTiO3的PbO和TiO2终止的(001)晶面。计算结果表明,四方相的铁电畸变束缚了表面结构的驰豫。四方相表面的净偶极背向体侧,而立方相表面的净偶极指向体侧。然而在所有涉及到的表面结构中没有观测到明显的表面诱导极化。结构稳定性分析表明PbO终止的立方相PbTiO3晶面能量最低,而立方相晶面普遍比四方相晶面稳定。而且,四方相PbTiO3不同终止面的稳定性相当,而立方相PbTiO3的PbO终止面则明显更为稳定。     

TiC(100)/α-Fe(100)界面稳定性及电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了 TiC(100)/Fe(100)界面稳定性和电子特性.建立了 4种不同原子堆垛方式的界面模型,采用界面粘附功、界面能和断裂功评价界面稳定性;采用差分电荷密度、Mulliken布居和态密度分析了电子特性.结果表明:Fe原子位于C原子上方的堆垛模型界面粘附功最大,界面能最小,界面结构最稳定.其界...     

Zr(0001)表面氢吸附机理的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,采用平面波赝势方法,研究了H₂分子在Zr(0001)晶面的表面吸附。通过研究Zr(0001)/H₂体系的吸附能、稳定吸附构型和电子结构,阐明了Zr(0001)表面吸氢反应的微观机制。结果表明：H₂分子在Zr(0001)表面的最稳定吸附位为面心立方(fcc)位,其吸附能为0.899eV,解离的H原子最终稳定吸附在Zr(0001)表面的穴(hollow)位和面心立方(fcc)位。被吸附H原子与Zr(0001)表面间出现了大量的电荷转移,同时,H原子的1s轨道和Zr原子的5s、4d轨道出现杂化,表明H₂分子解离吸附后H原子与表层Zr原子间同时存在离子键和共价键。此外,研究了覆盖度对吸附能的影响,吸附能随覆盖度的增大而增大,当覆盖度达到4/5ML时,氢分子解离后有一半的氢原子吸附到Zr(0001)的亚表面。     

Mo元素对TiC(100)/α-Fe(100)界面稳定性及电子特性影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Mo元素对TiC(100)/Fe(100)界面稳定性和电子特性的影响.建立了Mo元素处于5种不同位置的掺杂TiC(100)/Fe(100)界面模型,采用界面粘附功和界面掺杂能评价了Mo元素对界面稳定性的影响,采用差分电荷密度、Mulliken布居和态密度分析了其对电子特性的影...     

第一性原理研究不同压力下正交相SrHfO_3的电子结构(英文)

采用第一性原理研究了压力对正交相Sr Hf O3电子结构的影响。正交相Sr Hf O3在零压力时的结构参数与已有的实验值和理论计算值一致。当施加的压力小于20 GPa时,正交相Sr Hf O3的最小间接带隙在Z-Γ之间。当施加的压力大于20 GPa时,正交相Sr Hf O3的最小间接带隙在S-Γ之间。随着压力的增加,正交相Sr Hf O3的态密度向低能量方向移动。电荷密度分析表明,Hf-O之间主要以共价键结合,Sr-O之间主要以离子键结合。随着压力的增加,Hf-O共价键和Sr-O离子键增强,而Sr-Hf O3之间的离子交互作用减弱。     

TiC/Mg复合材料界面稳定性的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对4种TiC(111)/Mg(0001)界面的态密度、差分电荷及键合方式等进行计算分析,采用界面粘附功评价了界面的润湿性和结合强度。结果表明:经几何优化后,C终端心位界面结构、C终端顶位界面结构与Ti终端心位界面结构几乎没有发生改变,而Ti终端顶位界面结构转换成了Ti终端心位界面结构。新形成的Ti终端心位界面结构与建立的Ti终端心位界面结构有着相近的粘附功与界面间距。其中,C终端心位界面的界面粘附能最大为7.221 J/m~2,界面间距最小为0.139 nm,润湿性较好,界面最为稳定。在C终端心位界面结构与C终端顶位界面结构中,界面两侧键合方式主要为共价键与离子键,而在Ti终端心位界面结构中,界面处键合方式主要为金属键。     

(9,0)单臂SiC纳米管电子结构与光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,计算了(9,0)单臂SiC纳米管的电子结构和光学线性响应函数,利用精确计算的能带结构和态密度分析了(9,0)单臂SiC纳米管电子结构与光学性质的内在关系。计算结果表明,(9,0)单臂SiC纳米管是一直接宽禁带半导体材料,禁带宽度达到了1.86 eV,价带顶和导带底主要由C和Si原子的p轨道形成,Si-C键主要以sp2、sp3杂化轨道存在,这是SiC纳米管稳定存在的主要原因。光学性质的计算结果显示,在0~10 eV的能量范围内出现了明显的介电峰,吸收带边对应于紫外波段。因此,(9,0)单臂SiC纳米管或许会成为优异的紫外半导体材料。     

H2分子在Li2NH（110）表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了H2分子在Li2NH(110)晶面的表面吸附。通过研究Li2NH(110)/H2体系的吸附位置、吸附能和电子结构,发现H2分子吸附在Li长桥位时会发生解离,并在Li2NH(110)面形成NH2基,其吸附能为1.178 eV,属于强化学吸附,吸附最稳定。此时,NH2基中的H原子与Li2NH表面的相互作用主要源于H 1s轨道与Li2NH表层N原子的2s,2p轨道重叠杂化的贡献,且N–H键为共价键;另一个H原子与Li2NH表面的相互作用主要是与Li之间的离子键作用;H2分子的解离能垒为1.31 eV,表明在一定热激活条件下H2分子在Li2NH(110)表面发生解离吸附。N顶位吸附时,优化结束后形成NH3,但该吸附方式不稳定,可见Li2NH(110)面与H2反应不易直接生成NH3。     

Ni(001)/Ni_3Nb(001)面界面性质的第一性原理研究(英文)

采用第一性原理赝势平面波的方法研究Ni(001)、Ni3Nb(001)表面和Ni/Ni3Nb(001)界面。计算界面终端为Ni或Ni+Nb,堆积方式为顶部位置或空心位置这4种界面模型的粘附功、稳定性及电子结构。结果表明:Ni(001)和Ni3Nb(001)表面具有8个原子层时展现出较好的体相似性;以Ni+Nb为界面终端,堆积方式为空心位置的界面模型具有最大的结合强度和临界裂纹扩展应力,且具有最好的热稳定性。该模型界面处的Ni原子和Nb原子之间是共价键,这主要是由Nb 4d和Ni 3d轨道的电子贡献的。比较Ni/Ni3Nb(001)界面和Ni/Ni3Al(001)界面的性质可知,前者的热稳定性比后者的差,且更难形成界面,但是Ni/Ni3Nb(001)界面的形成能改善镍基合金的力学性能。     

First-principles study of bulk and (001) surface of TiC

The structural and electronic properties of bulk and (001) plane of TiC were investigated by the first-principles total-energy pseudopotential method based on density functional theory. The calculated bulk properties indicate that bonding nature in TiC is a combination of ionicity, covalency and metallicity, in which the Ti-C covalent bonding is the predominate one. The calculated results of structural relaxation and surface energy for TiC(001) slab indicate that slab with 7 layers shows bulk-like characteristic interiors, and the changes of slab occur on the outmost three layers, which shows that the relaxation only influences the top three layers. Meanwhile, the strong Ti-C covalent bonding can be found in the distribution of charge density on the (110) and (001) planes. Ti-C covalent bonding is enhanced by the charge depletion and accumulation in the vacuum and the interlayer region between top two atomic layers.     

First-principles study for surface tension and depolarizing effect on ferroelectric properties of BaTiO3 nanowires

The spontaneous polarization in ferroelectric (FE) nanowires (NWs) can be considerably enhanced due to the nanosize confinement by the first-principles calculations. The spontaneous polarization in a fully-relaxed BaTiO₃ NW with 2.0 nm in diameter is 1.18 times higher than that of bulk counterpart. The ferroelectric properties of the wire are found to generally depend on its dimensions through effects of the surface tension and near-surface depolarizing effect. The surface tension seems to be crucial for the giant enhancement of spontaneous polarization.     

原位反应法制备Fe-Cr-Ni/TiC(p)复合材料的组织结构与抗氧化性

利用原位反应法制备了Fe-26Cr-14Ni+3 mass%TiC(p) 和Fe-26Cr-14Ni+6 mass%TiC(p)复合材料.复合材料由平均尺寸为05～5 μm的TiC颗粒与 γ基体组成，TiC中存在α/2［11〖DD(〗-〖DD)〗0］和α/2［01〖DD(〗-〖DD)〗1］型高 密度位错，TiC颗粒与γ相间界面为共格界面，二者存在下列位向关系：(2〖DD(〗-〖DD)〗 20)TiC∥(020)γ，［001］TiC‖［001］γ.1473K下的抗氧化性实验结 果表明，TiC颗粒的存在使复合材料的初始氧化阶段具有短路扩散效应，两种复合材料的氧 化动力学曲线分别符合抛物线和对数增长规律，在稳定氧化阶段，复合材料比基体合金具有 更优良的抗氧化性能，氧化膜主要由多面体状Cr2O3和FeCr2O4相构成.     

电场激活原位合成(TiC)pNi/TiAl/Ti功能梯度材料

运用电场激活压力辅助合成(FAPAS)和原位合成技术制备了(TiC)pNi/TiAl/Ti功能梯度材料,研究了电场对材料合成及层界面扩散连接的作用。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱和X射线衍射仪分析了梯度材料各层及界面微观组织、相组成和元素分布。结果表明,电场的施加以及TiAl的燃烧反应是合成材料的关键;经原位合成的TiC颗粒均匀细小;金属陶瓷层/TiAl/Ti基板的界面区产生了成分的互扩散并形成了良好的冶金结合。钛板到金属陶瓷层的显微硬度呈梯度变化且具有较好的抗热震性。     

TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织均匀性

为了优化自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的工艺参数,利用真空实型铸渗方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料,重点研究了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织均匀性。结果表明,从基材和复合层间的界面到复合层表面,TiC颗粒尺寸逐渐增大,圆整度逐渐变差,其中Ti-C-20wt%Fe体系复合层中TiC颗粒的尺寸增长量(由1μm增长到2～3μm)明显小于Ti-C体系(由1～2μm增长到约10μm)。与Ti-C体系相比,Ti-C-20wt%Fe体系制备得到的复合层中元素分布、硬度和TiC颗粒的体积分数较均匀,在复合层相同位置上TiC颗粒较小,圆整度较好。     

激光熔覆TiC／（Ni＋Cr）复合粉涂层的显微组织

用ＣＯ２连续激光在５ＣｒＮｉＭｏ钢表面熔覆包覆细颗粒ＴｉＣ复合粉末涂层。微观分析结果表明：ＴｉＣ颗料周围优先被Ｃｒ相晶粒包覆；粘结金属在凝固应力作用下，Ｎｉ相晶粒形成滑移带，Ｃｒ相晶粒形成孪晶；ＴｉＣ不易溶解于液态中，而易溶于Ｆｅ基合金中；凝固过程中ＴｉＣ在涂层与基体的液相交互扩散区中析出，并发现碳化物（Ｆｅ，Ｃｒ）２３Ｃ６；同时还形成大量α和γ微量。     

TiAl合金激光表面合金层中TiC凝固生长形态及机制

利用碳对TiAl金属间化合物合金进行激光表面合金化 ,制得了以TiC (MC碳化物 )为增强相的复合材料涂层 ,研究了MC碳化物的凝固生长形态及生长机制。结果表明 :在激光扫描速度为 6 .0mm/s的凝固条件下 ,MC碳化物呈现微观上具有“小片链状”生长特征的树枝状生长形态 ;当激光扫描速度增加至 16 .4mm/s时 ,其生长形态又转化为具有“三维网络”生长特征的发达树枝晶 ;TiC与Al3 Ti共晶的动力学生长过程及MC碳化物所固有的侧向生长机制是影响MC碳化物凝固生长形态选择的重要因素     

简化预处理辅助化学镀制备Cu包覆TiC复合粉末

研究了一种简化预处理辅助化学镀工艺制备Cu包覆TiC复合粉末.利用场发射扫描电子显微镜和能谱仪分析了原始TiC粉末,预处理之后的TiC粉末,Cu包覆TiC复合粉末的表面形貌和成分,同时也阐述了Cu镀层的生长机理.结果表明,经过简化预处理之后的TiC出现了很多表面缺陷,Cu能够均匀的包覆在TiC颗粒表面.其生长机理如下:经过预处理之后的TiC出现很多表面缺陷,成为化学镀过程中的活性点;化学镀过程中,Cu在TiC表面的各个缺陷处形核长大;Cu与Cu之间相互接触相互作用形成密集的网状结构最终形成致密的Cu镀层.     

金属氧化物表面与界面的第一性原理热力学:一个研究实例

通过第一性原理计算研究,能够揭示和阐明材料相关表面与界面热力学性质,这是通向纳米和界面材料设计自由的重要一步,即以理想性能为目标,科学设计制备工艺参数,针对性地调控材料微观结构.以SnO2纳米颗粒表面和原位内氧化制备获得的Ag-SnO2界面计算研究为例,系统介绍这一计算研究策略.基于缺陷热力学模型,构建不同环境温度和氧分压条件下所对应的热力学平衡状态的表面和界面结构模型,计算评估其相应性能.通过一系列的第一性原理能量学计算,进一步构建出平衡状态的表面与界面相图.这些相图能够充分描述制备和服役过程中,工况对材料表面和界面微观结构和相应性能的影响和作用关系.介绍和讨论如何应用这些相图理解和科学设计相应材料的制备工艺.