基于第一性原理研究铌钢中奥氏体与铁素体的力学性能

为了研究铌钢中铌元素对奥氏体和铁素体力学性能的影响,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了奥氏体和铁素体的弹性常数。计算结果表明,奥氏体的杨氏模量E和剪切模量G明显大于铁素体。根据Pugh提出的体积模量B与剪切模量G之比(B/G)和泊松比v经验判据,讨论了奥氏体和铁素体的脆性和延展性。结果表明,铁素体比奥氏体具有更好的韧性和塑性。研究了铌钢中铌元素对奥氏体或铁素体力学性能的影响,当铌原子固溶于奥氏体中,体积模量B、B/G和泊松比v提高;当铌原子固溶于铁素体中,其体积模量B、剪切模量G和杨氏模量E降低,而B/G和泊松比v升高。此结果表明,在铌钢中铌元素对奥氏体和铁素体起到固溶强韧化的作用。     

Nb-Si-N纳米复合薄膜表面吸附与迁移的第一性原理研究

针对Nb-Si-N纳米复合薄膜在沉积过程中各原子的成核过程和生长取向,采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理超软赝势平面波计算方法分别计算了Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面6个对称位的吸附作用和迁移过程。吸附作用的计算获得各原子的势能面,其中Nb在NbN(001)表面最低能量位置为HL位,N、Si最低能量位置处于HL位与TopN位之间。势能面计算结果确定各单原子在NbN(001)表面迁移的路径分别为,Nb原子和Si原子均为从TopN位置迁移到HL位置;N原子分别从TopNb位置和TopN-HL位置迁移到HL位置。Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面迁移激活能分别为0.32,0.69和1.32eV。     

氮粒子对Ti-Si-N岛构型演变影响的第一性原理计算

为了研究Ti-Si-N薄膜生长过程中界面的形成,采用第一性原理计算了在TiN(001)表面上3N-2Ti-1Si、4N-1Ti-1Si和4N-2Ti-1Si岛的各构型的总能量和吸附能,并且利用推移弹性带(NEB)的方法计算了各岛构型演变过程中所需的迁移激活能。计算结果表明: Ti粒子在岛内的构型是低能量的稳定结构,这种构型是由SiN相从TiN相中分离出来而形成的;在3N-2Ti-1Si、4N-1Ti-1Si和4N-2Ti-1Si 3种构型的演变方式中,3N-2Ti-1Si构型演变所需的激活能较小,更容易实现构型演变;适量地增加N粒子的沉积比例,可以使岛构型演变所需的激活能减小,促进SiN相与TiN相的分离;当N与Ti的粒子数比例达到3:2时,界面最容易形成。     

基于第一性原理方法研究基团在CVD金刚石薄膜(001)表面上的生长

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究CVD金刚石薄膜(001)表面的生长机理。计算清洁金刚石表面和氢(H)终止金刚石表面的构型。考察H原子和活性基团(C,CH,CH2和CH3)在清洁重构金刚石表面及在单层H终止金刚石表面上的吸附演变。结果表明:清洁金刚石表面发生了对称二聚体重构,H原子终止金刚石表面稳定了金刚石结构;基团在金刚石(001)表面吸附演变过程中,H原子起到激活石墨和萃取表面H原子产生活性位的作用;CH2基团比CH3基团能够更好地提高CVD金刚石薄膜的生长率,是薄膜生长过程中最有效基团;CH基团阻碍了薄膜的生长。