氧原子在α钛晶体中扩散的第一性原理研究
本文选题:第一性原理 切入点:钛 出处:《物理学报》2017年11期 论文类型:期刊论文
【摘要】:在材料领域杂质原子的迁移是一个基础而永恒的主题.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了氧原子在α钛(α-Ti)晶体中的间隙占位情况,并计算了氧原子稳定占位点间隙能、电子态密度、电荷差分密度及其邻近钛原子的位移情况.采用基于过渡态搜索理论的CI-NEB(climbing image nudged elastic band)方法预测了稳定态氧原子在α-Ti晶体中的扩散路径、扩散势垒及相应的跳转频率,并由此推算出氧原子在不同位点之间跳转的扩散系数.研究结果表明,间隙氧原子在六角密排钛晶体结构中共有七种占位,但仅存在三个可稳定占据的间隙位点:八面体中心位点、六面体中心位点及0.28 nm钛—钛键中心位点.各稳定间隙位点之间的扩散具有不对称性,因此可确定三种稳定间隙氧原子位点间存在七条独立扩散路径.获取计算不同路径扩散系数所需要的微观参数,包括扩散势垒、扩散长度、不同扩散路径上鞍点氧原子的跳转频率,最终预测了不同间隙位点之间氧原子的扩散系数值,其中八面体中心扩散到邻近键位的扩散系数与实验值相符合.通过对间隙氧原子扩散行为的深入了解,希望能对控制钛合金中氧的扩散、提高钛金属中氧的含量及相关研究提供基础理论支持.
[Abstract]:The migration of impurity atoms in the field of materials is a fundamental and eternal subject. The gap occupation of oxygen atoms in 伪 -Ti crystals is studied by using the first-principle method based on density functional theory. The gap energy and electron density of states of oxygen atom are calculated. The CI-NEB(climbing image nudged elastic band method based on transition state search theory is used to predict the diffusion path, diffusion barrier and corresponding jump frequency of stable oxygen atoms in 伪 -Ti crystal. The diffusion coefficient of oxygen atoms jumping between different sites has been calculated. The results show that there are seven kinds of sites occupied by interstitial oxygen atoms in hexagonal dense titanium crystal structure. However, there are only three stable gap sites: octahedron central site, hexahedron central site and 0.28 nm Ti-Ti bond central site. Therefore, the existence of seven independent diffusion paths between three stable gap oxygen atom sites can be determined. The microscopic parameters needed to calculate the diffusion coefficients of different paths, including diffusion barrier, diffusion length, are obtained. Finally, the diffusion coefficient of oxygen atoms between different gap sites is predicted by the jump frequency of oxygen atoms at saddle points on different diffusion paths. The diffusion coefficient of octahedron center diffusion to the adjacent bond is in agreement with the experimental value. Through the deep understanding of the diffusion behavior of interstitial oxygen atoms, it is hoped that the diffusion of oxygen in titanium alloy can be controlled. Improving the content of oxygen in titanium metal and related research provide basic theoretical support.
【作者单位】: 南京理工大学化工学院;海南大学材料与化工学院;
【基金】:国家自然科学基金(批准号:51361009) 海南大学青年基金(批准号:qnjj1239) 海南省自然科学基金(批准号:20155216)资助的课题~~
【分类号】:O76;TG146.23
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 陶辉锦;陈伟民;王赫男;;镍晶格稳定性的第一性原理研究[J];材料导报;2009年18期
2 胡盟;程杰;何巨龙;;新型立方碳的第一性原理研究[J];燕山大学学报;2013年01期
3 苏昀;吴晓静;权俊杰;于亚鹏;;甲基苯丙胺在水溶液中第一性原理研究[J];化学工程师;2013年10期
4 江勇;许灿辉;蓝国强;;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(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年01期
5 魏娜然;温斌;宫长伟;马红军;李廷举;;新金刚石电子结构的第一性原理研究[J];高等学校化学学报;2006年02期
6 徐金荣;李义宝;朱兴凤;;聚苯硫醚几何结构的第一性原理研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年06期
7 何林;何旭;房勇;曾明凤;唐明杰;薛学东;;压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2010年04期
8 于洋,徐力方,顾长志;氢吸附金刚石(001)表面的第一性原理研究[J];物理学报;2004年08期
9 李英德;分子和金表面相互作用的第一性原理研究[J];潍坊学院学报;2002年06期
10 宫长伟;王轶农;杨大智;;NiTi形状记忆合金马氏体相变的第一性原理研究[J];物理学报;2006年06期
相关会议论文 前10条
1 郑晓;陈冠华;;开放电子体系的第一性原理方法[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
2 孙学勤;周树兰;林娜;李良;张玉芬;赵显;;关于金刚石的硬度的第一性原理研究[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
3 周安;舒翠翠;刘立胜;翟鹏程;;双填充方钴矿电子结构和电传输性能的第一性原理研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 潘红亮;王月花;;铁酸铋光学特性的第一性原理研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
5 平飞林;蒋刚;张林;朱正和;;~3He对LaNi_5储氚性能影响的第一性原理研究[A];第八届全国核靶技术学术交流会论文摘要集[C];2004年
6 赵红生;姚金城;武德起;常爱民;;第一性原理新进展:GW方法[A];第四届西部十二省(区)市物理学会联合学术交流会论文集[C];2008年
7 赵丽军;张小超;樊彩梅;王韵芳;梁镇海;韩培德;;第一性原理研究卤氧化铋的电子结构和光学性质[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年
8 柯华;王文;郑振兴;;多铁性BiMnO3自发极化的第一性原理研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 徐巧玲;张丽杰;杜菲;孟醒;;Li_2RuO_3电子结构的第一性原理研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第27分会:多孔功能材料[C];2014年
10 侯连喜;陶国华;;基于第一性原理Sn掺杂LiFePO_4改性研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第19分会:化学信息学与化学计量学[C];2014年
相关博士学位论文 前10条
1 孙金平;水溶液环境羟基磷灰石/钛界面结构与性质第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
2 张小乐;基于第一性原理的深紫外氟化物晶体及复杂氧化物的理论研究[D];上海交通大学;2015年
3 李雨菡;LiVOPO_4、硅酸盐和磷酸碳酸盐三类聚阴离子型正极材料的第一性原理理论研究[D];东北师范大学;2016年
4 张素红;纯锆及铑锆金属间化合物结构与物性的第一性原理研究[D];燕山大学;2013年
5 蒋雪;碳基和类碳超硬材料的第一性原理研究[D];大连理工大学;2013年
6 饶建平;金属Nb及其空位与H的相互作用的第一性原理研究[D];南昌大学;2011年
7 史耀君;铁氮化合物的第一性原理研究[D];南京理工大学;2012年
8 潘梓诚;外压力下超硬材料BC2N结构与理想强度的第一性原理研究[D];上海交通大学;2008年
9 胡自玉;表面氧化和轻元素共价材料储氢的第一性原理研究[D];北京化工大学;2012年
10 付强;若干表面体系反应及动力学行为的第一性原理研究[D];中国科学技术大学;2010年
相关硕士学位论文 前10条
1 张蓉芳;采用第一性原理研究[D];福建师范大学;2015年
2 张元元;掺杂ZnO和In_2O_3的第一性原理研究[D];吉林大学;2015年
3 张琳;过渡金属化合物的第一性原理研究[D];河南师范大学;2015年
4 宿慧妮;基于光伏特性的碳纳米管光电性质研究[D];西南交通大学;2014年
5 吴振利;稀土金属掺杂氮化铜的第一性原理研究[D];南京邮电大学;2015年
6 桂洪;用第一性原理方法研究平面四边形配位过渡金属氧化物的电磁性质[D];华东师范大学;2016年
7 李恒博;气体环境下金属与金属氧化物催化剂纳米颗粒表面形貌研究[D];浙江大学;2016年
8 王定美;大气中卤代醛演化相关问题的第一性原理研究[D];贵州大学;2016年
9 何超妮;常见掺杂对GeO_2及GR/Ag_3PO_4光催化性能影响的第一性原理研究[D];湖南大学;2016年
10 陈庆玲;第一性原理探究双层h-BN/Graphene的结构与性质[D];烟台大学;2016年
,本文编号:1577927
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/1577927.html