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金属钒及铅锡合金的晶格结构与热力学性质的第一性原理研究

作　者: 刘伟歧
导　师: 黄整
学　校: 西南交通大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 钒铅锡合金密度泛函理论高压相变熔化温度
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)以及密度泛函微扰理论(DPFT)方法,相互关联势采用一般梯度近似(GGA),优化计算了金属钒(V)的晶格结构,能量,电子能带以及态密度,声子色散结构以及态密度。然后利用所计算得到的声子态密度,得到了钒在标准条件下(298.5K, latm)热熔、熵、弹性模量、格林艾森参数以及热膨胀系数,其结果与实验结果进行对照,符合较好。利用晶格结构和能量的关系,在分析了固-液相变的机理后,直接导出在0～40GPa压强下的熔化温度Tm,并与实验结果进行对照,其在常压下其结果明显优于分子动力学模拟方法。同时利用晶格结构和能量以及声子色散的关系,研究了金属钒在不同压强下的晶格相变问题。首先,通过在不同压强下晶格结构和能量的变化关系得知,当压强在130GPa时体心立方结构(BCC)所对的晶格能量不是最小值,此时认为发生相变,即由体心立方结构BCC变为斜方结构。但在320GPa时,相变消失,恢复其原来的体心立方结构(BCC)。其次,为了验证上述金属钒相变的结果,利用不同压强下的声子色散关系得知,当压强为70GPa时金属钒的横向声子能带开始软化,导致力学性质的不稳定,即开始发生相变。80GPa时变为负的,但压强一直加到500GPa时却还没出现横向声子能带的复原,所以认为横向声子模的复原应该大于500GPa,也就是从斜方结构变为体心结构的压强高于500GPa,与文献的计算结果进行了比较。基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)以及密度泛函微扰理论(DPFT)方法,相互关联势采用局域密度近似(LDA),利用虚晶近似的计算手段优化计算了铅锡(Pb-Sn)合金的晶格结构,能量,电子能带以及态密度,声子色散结构以及态密度。然后利用已得到的声子态密度,计算得到了铅锡在标准条件下(298.5K, latm)热熔、熵、自由能以及内能。在利用晶格结构与能量的变化关系,讨论了固-液相变机理,导出0～1.6GPa范围的熔化温度Tm,并与实验结果进行了对比。同时与计算出的金属铅(Pb)的结果进行了比较。

金属钒及铅锡合金的晶格结构与热力学性质的第一性原理研究

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