地核部分组成元素及相关体系的高压相变与结构稳定性的第一性原理计算

发布时间：2021-01-17 11:21

　　作为改变物质状态的基本参数之一,压力可以像温度一样使材料的结构和性质发生变化,从而使之发生相变。高压相变的研究不仅可以揭示物质在高压下的许多特殊行为,而且还为高压合成提供重要的理论与实验依据。因而高压相变成为探索新物质一个不可或缺的维度。作为高温高压体系,地核一直备受关注,它的主要构成为Fe元素,其中含有少量的其它金属元素如:Co、Ni等,并且还有少量的轻元素如:S、Si、O等。这些元素及其组成合金在如此极端条件下,其结构与性质必然不同于常温常压。虽然有较多的实验对此进行了研究,由于实验条件的不足,导致各元素详细的高压相图并没有绘出,及其结构稳定性也还没有确定。因此,利用计算模拟的方法研究地核组成物质的高压相变是非常有必要的。本研究采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法对地核组成元素（Fe、Co、Ni和Si）在高温高压下的结构相变、热力学性质、弹性性质以及温度-压力（P-T）相图进行较为系统和详尽的研究,同时对不同成分的Fe-X（X:Ni,Si）二元合金在地核极端条件下从晶格动力学、力学和热力学稳定性三个角度对其晶体结构进行预测。主要的研究内容如下:（1）通过密度泛函理论的第一... 

【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：148 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２?（ａ）地球结构模型图；（ｂ）地球内部示意靜３３］??Ｆｉｇ．?１．２?（ａ）?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｅａｒｔｈ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｂ）?Ｅａｒｔｈ＇ｓ?ｉｎｔｅｒｉｏｒ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ［３３］??

动态超高各类爆轰装置、１叫内达冲击压恥内达１３〇〇Ｋ??压技术?压缩空气炮?５００?ＧＰａ??面顶压机是国内使用最广泛的大腔体压机，如图１．４所示为六面顶大压机示意图。??这种压机具有自对中性强、造价低、易操作、设计精密、加热重复好和操作时间??灵活等优点，但是由于接触面积大，产生的压力远低于ＤＡＣ，只可产生５０ＧＰａ的??压力，可使用的高温环境约为４０００Ｋ，所以大压机一般用于高压材料的合成，如??金刚石和立方氮化硼等超硬材料的合成，和模拟地壳地｜赠环境屮各类岩石反应。??至于水热休系高温高压技术和岩力学卨压实验技术，这叫＃足讪过岛Ｈｉ釜或）丨、：??－??图１．３ＤＡＣ示意图?图１．４六面顶压机：（ａ）实体图，（ｂ）示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＤＡＣ?Ｆｉｇ．?１．４?（ａ）?Ｅｎｔｉｔｙ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?（ｂ）?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ??ｈｅｘａ－ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｐｒｅｓｓ??７??

图３．１．１?Ｆｅ的三种晶体结构示意图??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｈｒｅｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｉｒｏｎ??应力的收敛标准为１０＿６ｅＶ／Ａ和１０＿３ｅＶ／Ａ。??声子谱的计算采用线性响应（ＤＦＰＴ）方法［７］，所用软件包为ＰＨＯＮＯＰＹ［８］，??力常数的计算采用ＶＡＳＰＫＭ。为了得到更加精确的结果，本研究分别对ｂｃｃ、ｆｅｅ??和ｈｅｐ结构建立了?３ｘ３?ｘ?３、２?ｘ?２?ｘ?２和３ｘ３?ｘ?３的超晶胞，这三种结构的超晶胞??分别含有５４、３２和５４个原子。声子谱计算过程中的总能和最大内应力的收敛标??准为１０－８ｅＶ／Ａ和１０＿３ｅＶ／Ａ。Ｐ－ｒ相图的绘制采用ＰＨＡＳＥＧＯ程序包［９］??在本小节计算中，熔点的计算采用了基于弹性常数的公式法和分子动力学两??种方法。基于两相模型分子动力学的计算采用ＬＡＭＭＰＳ软件包Ｉ％。本研宄利用??Ｚｈｏｕ等人提出的镶嵌原子模型（ＥＡＭ）ｔｍ来描述Ｆｅ原子之间的相互作用，基于??＇｜２１３


本文编号：2982780