Ni-Al_2O_3界面相互作用的第一性原理研究

发布时间：2017-04-27 09:03

  本文关键词：Ni-Al_2O_3界面相互作用的第一性原理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：陶瓷连接中普遍涉及金属/陶瓷界面的研究问题,但固-固界面具有较高的复杂性,这对固-固界面的微观作用机制的研究造成了极大的困难。本文围绕Ni/Al2O3界面展开第一性原理计算,研究了Ni/Al2O3界面匹配关系、界面稳定性、界面结合强度及界面原子的电子结构特性,为理解焊接过程中界面结合机制,解决相关问题提供理论依据。首先计算了Ni和α-Al2O3块体及其表面的电子结构特性和稳定性。结果表明Ni块体为金属晶体,几个低指数表面中Ni(111)表面最稳定。α-Al2O3中O与Al以离子键结合,单层Al终端的α-Al2O3(0001)表面的表面能最低。态密度分析表明表面效应主要是由最外层原子引起的,对内层原子影响较小。其次研究了几种不同匹配的Ni(111)/α-Al2O3(0001)界面模型,结果表明M2界面结构不稳定,氧终端界面比铝终端界面的界面解离能和界面吸附能的绝对值更大,M1(O)界面结构最稳定。对M1(O)进行差分电荷密度分析可知界面有大量电子由Al周围转移到O周围,形成离子键,使界面具有较高的强度。根据态密度图分析界面效应对界面附近原子的影响,界面效应对内层原子影响较小,电子转移主要发生在界面附近原子之间。在α-Al2O3(0001)表面对2nm和30nm两种厚度的镍膜进行去润湿实验,有接近球形的多面体Ni单晶产生,且镍膜越厚,产生的Ni单晶直径越大。TEM分析表明实际结合界面为Ni(111)/α-Al2O3(0001),界面匹配为[11?0]Ni‖[21?1?0]Al2O3,与理论计算结果符合的很好。
【关键词】：第一性原理 Ni α-Al_2O_3 界面结构 表面
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题背景8
• 1.2 材料计算概述8-10
• 1.3 金属/陶瓷的界面理论10-12
• 1.3.1 金属/陶瓷界面热力学10
• 1.3.2 界面自由能10-11
• 1.3.3 润湿热力学11-12
• 1.4 金属-陶瓷界面的研究进展12-18
• 1.5 本课题的研究内容18-19
• 第2章 第一性原理计算理论及实验材料、设备和方法19-26
• 2.1 近似处理19-21
• 2.1.1 波恩-奥本海默(BO)近似19
• 2.1.2 单电子近似19-21
• 2.2 密度泛函理论(DFT)21-22
• 2.2.1 组织分析21
• 2.2.2 Honhenberg-Kohn定理21
• 2.2.3 Kohn-Sham方程21-22
• 2.2.4 交换关联近似22
• 2.3 实验材料、设备和方法22-26
• 2.3.1 实验材料22-23
• 2.3.2 实验设备23
• 2.3.3 实验方法23-24
• 2.3.4 材料分析与性能测试24-26
• 第3章 Ni块体和表面计算研究26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 Ni块体性质的计算26-29
• 3.2.1 计算方法和模型26-28
• 3.2.2 计算结果及分析28-29
• 3.3 Ni表面性质的计算29-33
• 3.3.1 计算方法和模型29
• 3.3.2 表面能和解离能29-31
• 3.3.3 计算结果和讨论31-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 α-Al_2O_3块体及表面特性的研究35-42
• 4.1 α-Al_2O_3块体性质研究35-37
• 4.1.1 计算方法和模型35-36
• 4.1.2 计算结果及分析36-37
• 4.2 α-Al_2O_3表面性质的计算37-41
• 4.2.1 计算方法和模型37
• 4.2.2 计算结果及分析37-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 Ni/Al_2O_3界面相互作用的研究42-60
• 5.1 引言42
• 5.2 Ni(111)/α-Al_2O_3(0001)界面相互作用研究42-55
• 5.2.1 界面模型的构建42-44
• 5.2.2 计算结果及分析44-55
• 5.3 Ni在Al_2O_3上固相去润湿实验的研究55-58
• 5.4 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 朱磊;闵新民;陈峰;;TiC/Fe及掺杂复合陶瓷的结构、性能与化学键[J];武汉理工大学学报;2008年02期

  本文关键词：Ni-Al_2O_3界面相互作用的第一性原理研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：330288