高压下典型双原子分子晶体的结构和性质的研究

发布时间:2018-05-01 10:08

  本文选题:高压 + 固态氟 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文


【摘要】:双原子分子晶体(H_2,N_2,O_2,F_2,Cl_2,Br_2,I_2)的高压性质一直是物理和化学界乃至地球和行星科学系长期关注的体系。其中,由于金属氢具有非常重要的意义,关于固态氢的高压理论和实验的研究就一直是高压科学研究的重点问题。然而因为氢分子内部的共价键和零点运动均较强,实验上至今未观测到固态氢的金属化现象。因此人们转向与固态氢类似的分子晶体体系,如卤族元素,以期获得研究金属氢的规律。本文以氢、氟、碘三种典型的双原子分子晶体为研究目标,用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对这三种体系的高压行为进行研究,希望对金属氢的研究有所启示。固态氢的高压理论和实验的研究已经相当多,但是也存在很多的争议,如氢的金属化现象。除此之外,目前高压理论研究提出很多固态氢的候选结构,但是只有氢的I相被X光直接证实,其他各相均没有直接的实验数据证实。基于此,我们考虑了不同赝势和有无范德瓦耳斯力的影响对已经报道的固态氢的多个结构采用CASTEP软件包进行几何优化,得到了固态氢分别在超软赝势考虑范德瓦耳斯力、超软赝势不考虑范德瓦耳斯力、模守恒赝势考虑范德瓦耳斯力、模守恒赝势不考虑范德瓦耳斯力这四种情况下的相图和相序。氟作为卤族元素的第一个元素和第一行可以形成双原子分子晶体的最后一个元素,与固态氢有很多相似之处。我们采用ELoc R软件对固态氟的晶体结构在0-100 GPa进行搜索。确定了低温常压下固态氟比较好的候选结构C2/c,提出一个高压新相Cmca。对C2/c和Cmca结构进行的电子性质计算表明这两个结构均为绝缘相。最后计算了C2/c和Cmca结构分别在1 GPa和20 GPa下的红外和拉曼,希望能为以后固态氟的实验提供理论依据。当前不论是理论还是实验对固态碘的研究已经相当充分,在理论和实验方面都发现了固态碘的金属化和压致解离等现象。根据理论和实验的报道,我们总结了固态碘的相序,并且优化了已经报道的Cmca和C2/m结构。15 GPa时,这两个结构均满足力学和动力学稳定性,且C2/m结构是金属相。其中C2/m结构有两种不同的分子内共价键长,且随压力的增加有分解的趋势。我们认为这种具有不同分子内键长的结构能够促进金属化和分子解离的发生。
[Abstract]:The high-pressure properties of the diatomic molecular crystal H2S / N2S / O / T / 2F / T / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C Since metal hydrogen is of great significance, the research on high pressure theory and experiment of solid hydrogen has always been a key issue in high pressure science. However, the metallization of solid hydrogen has not been observed so far because of the strong covalent bond and zero point motion in the hydrogen molecule. Therefore, people turn to molecular crystal systems similar to solid hydrogen, such as halogen elements, in order to obtain the law of studying metal hydrogen. In this paper, three typical diatomic molecular crystals, hydrogen, fluorine and iodine, are used to study the high-pressure behavior of these three systems by using the first-principle calculation method based on the density functional theory. The high pressure theory and experiment of solid hydrogen have been studied much, but there are still many controversies, such as the metallization of hydrogen. In addition, many candidate structures of solid hydrogen have been proposed by high pressure theory, but only phase I of hydrogen has been confirmed directly by X-ray, and no direct experimental data have been obtained for the other phases. Based on this, we consider the effects of different pseudopotentials and Van der Waals forces on the geometry optimization of reported structures of solid hydrogen using CASTEP software package, and obtain that the van der Waals force of solid hydrogen is considered in super-soft pseudopotential respectively. The super soft pseudopotential does not consider van der Waals force, and the modulus conservation pseudopotential does not consider the phase diagram and phase order of the four cases. As the first element and the first line of halogen elements, fluorine can form the last element of diatomic molecular crystal, which has many similarities with solid hydrogen. We used ELoc R software to search for the crystal structure of solid fluorine at 0-100 GPa. The candidate structure C _ 2 / c for solid fluorine was determined at low temperature and atmospheric pressure, and a new high-pressure phase C _ (mcaa) was proposed. The calculation of the electronic properties of C _ 2 / c and Cmca structures shows that the two structures are insulating phase. Finally, the infrared and Raman spectra of C _ 2 / c and Cmca structures at 1 GPa and 20 GPa were calculated, respectively, in the hope of providing a theoretical basis for the experiment of solid fluorine in the future. At present, both theoretical and experimental studies on solid iodine have been fully studied. Metallization and pressure-induced dissociation of solid iodine have been found in both theory and experiment. According to the theoretical and experimental reports, we summarize the phase order of solid iodine, and optimize the reported structure of Cmca and C _ 2 / m. 15 GPa, the two structures satisfy the mechanical and kinetic stability, and C _ 2 / m structure is a metallic phase. The C _ 2 / m structure has two different intramolecular covalent bond lengths and has a tendency to decompose with the increase of pressure. We believe that this structure with different intramolecular bond lengths can facilitate metallization and molecular dissociation.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O521.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;美科学家制得金属化氢[J];世界科技研究与发展;1996年Z1期

2 孙杜娟;胡以华;顾有林;王勇;李乐;;金属化生物颗粒的制备与性能测试[J];光子学报;2013年05期

3 甘昌胜,闫天堂,彭必先;酞菁染料的金属化和溴化与光物理影响的研究[J];化学物理学报;2003年04期

4 黎向锋,蔡军,张德远,李雅芹;微生物细胞金属化工艺研究[J];中国科学E辑:技术科学;2002年03期

5 鲍忠兴;几种半导体在高压下的金属化相变[J];高压物理学报;1996年01期

6 石棋;郭志猛;郝俊杰;罗凌虹;;高铝陶瓷显微结构及制备工艺对金属化层性能影响的研究[J];人工晶体学报;2007年06期

7 王红艳;;塑料表面快速金属化新工艺研究[J];淮阴师范学院学报(自然科学版);2007年02期

8 郑利民,石英乔;碱性预处理对金属化聚酯导电纤维性能的影响[J];纺织基础科学学报;1994年01期

9 谢怀亮;浅析集成电路金属化系统的工艺技术[J];甘肃科技;2001年04期

10 刘鲍;彭刚;吴宝嘉;;高压下WSe_2的电学性质及金属化相变[J];吉林大学学报(理学版);2011年05期

相关会议论文 前10条

1 安百江;;中低温金属化配方的研制及应用[A];电子陶瓷、陶瓷-金属封接与真空开关管用陶瓷管壳应用专辑[C];2009年

2 皮乐民;李征;;连续式陶瓷高温金属化炉的研制[A];电子陶瓷,,陶瓷,金属封接与真空开头管用管壳的技术进步专辑[C];2006年

3 祁士顺;;关于陶瓷低温金属化生产性工艺探讨[A];第一届陶瓷与金属封接会议论文集[C];1990年

4 夏庆水;涂传政;程凯;王鲁宁;;陶瓷封装中的金属化工艺研究[A];2003中国电子制造技术论坛暨展会暨第七届SMT、SMD技术研讨会论文集[C];2003年

5 陈才明;席光华;;金属化膜电弱点的测试评估[A];2012输变电年会论文集[C];2012年

6 何晓梅;王卫杰;;俄罗斯陶瓷及其金属化技术的研究[A];2002年电子陶瓷及其在真空电子行业中应用技术交流会论文集[C];2002年

7 李锦桥;;新型卧式金属化电炉[A];陶瓷——金属封接与真空开关管用管壳技术进步专辑[C];2007年

8 陈金华;李微;程文琴;;高性能等静压成型陶瓷与其金属化工艺匹配性的探索[A];电子陶瓷、陶瓷-金属封接与真空开关管用陶瓷管壳应用专辑[C];2009年

9 皮乐民;李征;;连续式陶瓷高温金属化炉的研制[A];电子信息产业炉窑技术与材料节能研讨会会议资料[C];2006年

10 刘晓芳;;国内外金属化炉概述[A];电子陶瓷、陶瓷-金属封接与真空开关管用陶瓷管壳应用专辑[C];2009年

相关重要报纸文章 前3条

1 ;金属化膜健康包装新视点[N];中国包装报;2004年

2 克力;聚丙烯金属化膜全新视点[N];中国包装报;2003年

3 通讯员 黄杰邋汪进 王明义 马丽 记者 杨熙明;临澧科技项目兴工强县[N];湖南日报;2008年

相关博士学位论文 前2条

1 秦振兴;高压下第四主族元素四甲基组分类材料的结构和振动性质研究[D];华南理工大学;2013年

2 孙伟明;新概念超原子的理论设计及应用[D];吉林大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨皎;高温高压下氢(氘)物态方程与金属化相变的第一性原理研究[D];西南大学;2015年

2 付伟;Al_2O_3陶瓷反应金属化及其与紫铜钎焊工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 王珊;氧化铝陶瓷基片的金属化及共烧工艺研究[D];山东理工大学;2015年

4 周明珠;电真空器件用Al_2O_3陶瓷中低温金属化技术研究[D];中国计量学院;2015年

5 杨希锐;晶体管封装用陶瓷金属化层的制备与性能研究[D];山东大学;2016年

6 刘亚先;高压下多环芳香烃半导体相变的理论和实验研究[D];华南理工大学;2016年

7 柴鉴航;石墨反应金属化及其与紫铜间接钎焊工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 张鹏飞;大功率LED用AlN金属化陶瓷基板的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2016年

9 高登明;Al_2O_3陶瓷表面铜金属化的研究[D];浙江工业大学;2016年

10 王博闻;基于电极断裂行为的金属化膜电容器通流特性研究[D];华中科技大学;2015年



本文编号:1828865

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/1828865.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户2019f***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com