收藏本站
《燕山大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Pt-M化合物力学性质及电子结构的第一性原理研究

赵研  
【摘要】:铂及其金属间化合物Pt-M(M=Al,Si,Ge,Sn)具有良好的耐高温、抗氧化和耐腐蚀性以及导电性等优良性质,在科研、高温合金、半导体、催化剂和涂层材料等行业受到广泛的关注和探索研究。基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文详细的研究了Pt和Pt-M化合物的力学性质及电子结构性质。P4/mbm-Pt_3Al,Pnma-Pt_2Al,Pt_5Al_3,P213-PtAl,P(?)m1-Pt_2Al_3,PtAl_2和I4/mcm-PtAl_5相组成焓值凸壳曲线(定义为:Pt-Al化合物的形成焓与化合物中Pt原子百分含量),在能量最有利,理论上可以由单质Pt和Al合成。迄今为止,I4/mcm-PtAl_5理论相是首次被预测的,其声子谱计算,在整个布里渊区内没有虚频,证明了其分子动力学稳定。随着Pt含量的增加,Pt-Al化合物体弹模量B呈线性增强,到Pt_3Al达到最大值;同时,在所有的Pt-Al化合物中,Pm(?)m-Pt_3Al具有最大的剪切模量G和杨氏模量E;值得注意的是,在富Al相中,PtAl_5拥有突出的剪切模量G和杨氏模量E。所有的Pt-Al化合物中Al-3p轨道电子均表现出明显的离域现象,然而Pt-5d轨道电子仅仅在富Pt相中表现出离域现象;此外,价电荷密度分布计算表明PtAl_5相中Al-Al原子间存在强的共价结合和Pm(?)m-Pt_3Al相中Pt原子和Al原子间存在明显的共价结合,很好地解释了它们杰出的结构稳定性和力学稳定性。Pt-IVA(IVA=Si,Ge和Sn)化合物的晶体结构、热力学稳定性、力学性质和电子结构性质的研究发现,Pt-Si、Pt-Ge和Pt-Sn三个体系不同化学计量比的化合物均具有良好的热力学稳定性和力学稳定性。体弹模量(B)的计算结果显示:随着Pt含量的增加,Pt-IVA化合物体弹模量B成线性增加,I4/mcm-Pt_3Si、C2/m-Pt_3Ge和Pt_3Sn具有最大的B值。此外,对比三个体系体弹模量B:Pt-SiPt-SnPt-Ge。态密度计算发现,在费米面处均有赝隙形成,说明了Pt的d轨道与Si,Ge和Sn的p轨道之间存在强烈轨道杂化,Pt原子与Si,Ge和Sn原子形成了较强的共价性结合。结合价电子密度分布,I4/mcm-Pt_3Si和C2/m-Pt_3Ge晶体沿c轴方向上具有明显的Pt-Si和Pt-Ge共价性结合特征。而且随着Si,Ge和Sn原子含量的增加Pt与Si、Ge和Sn原子之间的电荷密度积累增加,说明Pt-Si,Pt-Ge和Pt-Sn之间的共价性结合逐渐增强。
【关键词】:第一性原理 Pt-IVA金属间化合物 稳定相 力学性质 电子结构
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O469
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第1章 绪论10-17
  • 1.1 选题背景10-11
  • 1.2 Pt-Al高温涂层的研究应用11-13
  • 1.3 Pt-IVA(IVA=Si, Ge, Sn)化合物半导体材料的研究应用13-14
  • 1.4 计算材料科学14-15
  • 1.5 研究内容及意义15-17
  • 第2章 基本理论和计算方法17-27
  • 2.1 第一性原理计算简介17
  • 2.2 密度泛函理论(DFT)17-20
  • 2.2.1 Thomas-Fermi模型17-18
  • 2.2.2 Hohenberg-Kohn(H-K)定理18-19
  • 2.2.3 Kohn-Sham方程19-20
  • 2.3 交换关联泛函20-22
  • 2.3.1 局域密度近似(LDA)20-21
  • 2.3.2 广义梯度近似(GGA)21-22
  • 2.4 赝式-平面波22-23
  • 2.5 弹性性能计算23-25
  • 2.5.1 弹性常数(C_(ij)s)计算23-25
  • 2.5.2 弹性模量计算25
  • 2.5.3 各项异性计算25
  • 2.6 CASTEP软件包简介25-27
  • 第3章 Pt-Al化合物的力学性质及电子结构的第一性原理计算27-46
  • 3.1 引言27-28
  • 3.2 计算方法28
  • 3.3 计算结果与讨论28-44
  • 3.3.1 晶体结构和稳定性28-33
  • 3.3.2 弹性性质33-37
  • 3.3.3 弹性各项异性37-38
  • 3.3.4 Pt-Al化合物的德拜温度38-40
  • 3.3.5 电子结构40-44
  • 3.4 本章小结44-46
  • 第4章 Pt-IVA化合物的力学性质及电子结构的理论计算46-61
  • 4.1 引言46-47
  • 4.2 计算方法47
  • 4.3 计算结果与讨论47-60
  • 4.3.1 晶体结构和稳定性47-53
  • 4.3.2 弹性性质53-56
  • 4.3.3 电子结构56-60
  • 4.4 本章小结60-61
  • 结论61-62
  • 参考文献62-69
  • 攻读硕士学位期间承担的的科研任务及科研成果69-70
  • 致谢70

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李震宇;杨金龙;;新材料物性的第一性原理研究(英文)[J];中国科学院研究生院学报;2009年03期
2 高巍;朱嘉琦;武洪臣;张华芳;崔向中;;四面体非晶碳结构建模的第一性原理模拟方法[J];功能材料;2010年S2期
3 卢金炼;曹觉先;;单个钛原子储氢能力和储氢机制的第一性原理研究[J];物理学报;2012年14期
4 李培芳;包钢;;元素氯高压属性的第一性原理研究[J];内蒙古民族大学学报(自然科学版);2013年01期
5 甄海龙;高海;刘红梅;林巧文;;P-碳的电学、力学性质的第一性原理预测[J];山西大同大学学报(自然科学版);2014年01期
6 徐雷;戴振宏;王森;刘兵;孙玉明;王伟田;;氟化硼碳平面的第一性原理研究[J];物理学报;2014年10期
7 熊志华,王建敏,雷敏生;用第一性原理研究金属铜的电子结构[J];江西科学;2005年03期
8 李青坤;王彪;王强;王锐;;碳掺杂二氧化钛光催化性能的第一性原理研究[J];黑龙江大学自然科学学报;2007年04期
9 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
10 高巍;巩水利;朱嘉琦;马国佳;;掺氮四面体非晶碳的第一性原理研究[J];物理学报;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜晓庶;Walter R.L.Lambrecht;;半导体非线性光学材料的第一性原理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
2 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
3 宋庆功;褚勇;王艳波;耿德平;郭艳蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的结构及其稳定性研究[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010(13)卷[C];2010年
4 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
5 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
6 曾凡林;孙毅;;PVDF单链拉伸的第一性原理模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
7 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
8 宋庆功;王延峰;康建海;严慧羽;;第一性原理方法在插层化合物Li_xTiS_2结构与性能研究中的应用[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年
9 刘红;邓莉;刘雷;杜建国;;MgSiO_3熔体高温高压状态方程的第一性原理分子动力学研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
10 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
中国博士学位论文全文数据库 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 龚奎;新型二维半导体材料及自旋相关器件量子输运的第一性原理研究[D];北京科技大学;2016年
3 孙瑜;若干半导体非晶化相变的结构及化学键演化规律的第一性原理研究[D];吉林大学;2016年
4 李晨辉;纳米线,纳米岛和薄膜生长机理的第一性原理研究[D];郑州大学;2016年
5 李国豹;三种二次电池正极材料的第一性原理研究[D];大连理工大学;2016年
6 姚路驰;半导体纳米线成核生长机理的第一性原理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
7 容青艳;掺杂改善BiFeO_3磁性的第一性原理研究[D];湖南大学;2016年
8 宁锋;基于InAs纳米体系的电子结构和输运特性第一性原理研究[D];湖南大学;2015年
9 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
10 王思涵;高压下光伏及多铁储能材料的第一性原理研究[D];长春理工大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李凤;正交系超硬材料bc-BC_xN的第一性原理研究[D];西南大学;2015年
2 乌日勒;三元混晶GaAs_(1-x)Sb_x电子结构和光学性质的第一性原理研究[D];内蒙古大学;2015年
3 尹梦园;掺杂CoO与铁磁体/MoS_2界面的电子结构和磁性的第一性原理研究[D];天津理工大学;2015年
4 牛之慧;单相多铁性体CaMn_7O_(12)的第一性原理研究[D];昆明理工大学;2015年
5 金元俊;压力下122系铁基超导体的第一性原理研究[D];华南理工大学;2015年
6 张蓉芳;采用第一性原理研究[D];福建师范大学;2015年
7 王永真;Ba_2Ti_2Fe_2As_4O和CaIr_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究[D];浙江大学;2015年
8 马静;纳米拓扑绝缘体(01ī5)电子结构第一性原理研究[D];陕西师范大学;2015年
9 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
10 胡京;几种Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2型黄铜矿半导体材料的第一性原理研究[D];中国矿业大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026