Ni对bcc-Fe/ε-Cu界面影响的第一性原理研究

发布时间：2025-03-01 11:01

　　 采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理,研究了Ni对bcc-Fe/ε-Cu界面结合的影响。建立了ε-Cu在bcc-Fe的析出模型,选取界面两侧不同阵点位置,计算Ni在不同位置的偏聚能,分析了Ni在界面区域的占位倾向,在此基础上探究了Ni对bcc-Fe/ε-Cu界面结合的影响。利用Rice-Wang热力学模型的计算表明,当Ni原子处于偏聚能最低的位置时,能够强化界面的结合。而界面分离功计算结果显示,Ni偏聚于bcc-Fe/ε-Cu界面后,界面分离功由279.8 m J·m^-2增加到286.7 m J·m^-2,表明Ni偏聚后会使界面体系更加稳定。Ni偏聚于界面后对界面区域的电子结构也产生一定影响,差分电荷密度显示,与纯bcc-Fe/ε-Cu界面相比,Ni偏聚后会在其周围聚集较多的电子,且Ni与相邻原子之间电子云方向性更为明显;同时,Ni也使近邻Cu和Fe原子的态密度（DOS）向成键态偏移,这使得Ni偏聚加强了bcc-Fe/ε-Cu界面的结合,使界面区更为稳定。

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【部分图文】：

图1bcc-Fe/ε-Cu界面结构模型

nhkorst-Pack特殊k网格点方法，选取了6×6×1的k网格。计算中的能量收敛标准为能量小于10－4eV，每个原子的剩余力小于0．001eV·nm－1。bcc-Fe/ε-Cu界面结构模型如图1所示，bcc-Fe和fcc结构的ε-Cu之间为K-S位向关系:(111)ε-Cu/....

图2Ni处于界面不同位置时的偏聚能Fig．2SegregationenergiesofNiatomatdifferentinterfacesites

94稀有金属40卷图2Ni处于界面不同位置时的偏聚能Fig．2SegregationenergiesofNiatomatdifferentinterfacesites韧化机制:ΔE=ΔEIF－ΔEFS(2)其中，ΔEIF和ΔEFS分别为杂质偏聚在界面和自由表面时的结合能，通过下式....

图3Ni偏聚前后bcc-Fe/Cu界面的差分电荷密度Fig．3Valencechargedensitydifferencesofbcc-Fe/ε-Cuin-terfacesystemsbeforeandafterNisegregation(a)(100)planeforbcc-Fe/ε-Cu;(b)(010)planeforbcc-

)和(010)面的差分电荷密度分布，如图3所示，图中深色表示电荷缺失，浅色表示电荷富集。图3(a)和(b)中，Cu1原子为图1中所示位置4的Cu原子，在图3(c)和(d)中被Ni原子替代。由图3(a)与(b)可以看出，不含有Ni原子的界面中，Fe和Cu原子周围的电子有所减少，而公....

图4bcc-Fe/ε-Cu界面偏聚Ni前后偏聚区Cu原子和Fe原子的态密度Fig．4DensitiesofstateofCu(a)andFe(b)ofbcc-Fe/ε-CuinterfacewithNifreeanddoped

1期王海燕等Ni对bcc-Fe/ε-Cu界面影响的第一性原理研究95图4bcc-Fe/ε-Cu界面偏聚Ni前后偏聚区Cu原子和Fe原子的态密度Fig．4DensitiesofstateofCu(a)andFe(b)ofbcc-Fe/ε-CuinterfacewithNifreea....

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