ZrSi_2和ZrB_4结构、力学及电子性质的第一性原理研究

发布时间：2017-06-01 10:05

  本文关键词：ZrSi_2和ZrB_4结构、力学及电子性质的第一性原理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锆及锆合金优异的抗辐照、耐腐蚀、低密度等性能让它在科研领域以及各民用或者军用产业受到了广泛关注。本文我们应用第一性原理计算方法结合准谐德拜模型研究了ZrSi2和ZrB4的结构以及物理性能。本文研究了ZrSi2在高压下的结构性质、弹性性质、电子性质以及不同温度和压力下的热力学性质。不同压力下弹性常数、弹性模量的计算结果证明了ZrSi2的机械稳定性,同时发现Zr Si2在56.5 GPa压力下由脆性转变为韧性;弹性各向异性参数的计算结果说明其弹性各向异性随压力的增加愈发明显;能带、电荷密度分布图和布居分析确立了ZrSi2内部共价键、离子键、金属键的存在;同时热容、热膨胀系数等的计算结果分析证实了温度和压力对物质的热力学性质影响显著。此外,由于最近预测的Amm2-ZrB4独特的B-Zr-B“三明治”式的成键结构和高的硬度值使得它在科学研究和和生产应用方面都具有重要的意义。为了更好地了解Amm2-ZrB4的性能,本文通过第一性原理计算研究了它的弹性性质以及热力学性质。结果表明Amm2-ZrB4在100 GPa压强以内呈脆性且具有机械稳定性。通过它在不同晶体学取向上的杨氏模量、剪切模量和泊松比可以看出它的弹性各向异性也随着压力的增加愈发明显。最后,对Amm2-Zr B4在高温高压下的热容、热膨胀系数、高斯参数以及德拜温度进行了详细分析。
【关键词】：第一性原理 锆合金 弹性性质 电子结构 热力学性质
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 锆及锆合金的研究现状与应用9-12
• 1.1.1 锆的分布与冶炼9
• 1.1.2 锆的物理和化学性质以及力学性能9-11
• 1.1.3 锆合金的应用和研究现状11-12
• 1.2 超硬材料的研究现状12-13
• 1.3 高压在材料研究中的应用13-14
• 1.4 计算材料科学的发展14-15
• 1.5 本文主要内容及研究意义15-17
• 第2章 第一性原理理论基础和计算方法17-23
• 2.1 第一性原理计算理论基础17-19
• 2.1.1 密度泛函理论17-18
• 2.1.2 广义梯度近似与局域密度近似18
• 2.1.3 赝势平面波法18-19
• 2.1.4 投影缀加波方法19
• 2.2 弹性常数的计算方法19-20
• 2.3 热力学性质计算方法20-21
• 2.4 计算软件介绍21-23
• 2.4.1 Materials Studio21-22
• 2.4.2 VASP22-23
• 第3章 ZrSi_2在高压下的结构稳定性、电子和弹性性质的理论研究23-36
• 3.1 引言23
• 3.2 计算方法23-24
• 3.3 结果与讨论24-35
• 3.3.1 ZrSi_2的结构性质24-26
• 3.3.2 弹性性质26-28
• 3.3.3 弹性各向异性28-29
• 3.3.4 电子性质29-33
• 3.3.5 热力学性质33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 ZrB_4在高压下的弹性各向异性和热力学性质的第一性原理研究36-48
• 4.1 引言36-37
• 4.2 计算方法37
• 4.3 结论与分析37-47
• 4.3.1 弹性性质37-40
• 4.3.2 弹性各向异性40-44
• 4.3.3 热力学性质44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 结论48-49
• 参考文献49-59
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果59-60
• 致谢60

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