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二元复合氧化物α-(Al1-xYx)2O3的结构与性质的理论研究

作　者: 王艳波
导　师: 宋庆功
学　校: 河北工业大学
专　业: 理论物理
关键词: 二元复合氧化物 第一性原理 晶体结构 电子结构 力学性质
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 18次
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内容摘要


本文以二元复合氧化物α-(Al1-xYx)2O3为研究对象,探索具有稳定结构和综合性能的新型材料。这对于开发抗氧化材料以及其它功能材料具有指导意义。设计了十二种基于密度泛函理论的第一性原理计算方案,对三种化合物α-Al2O3,α-Y2O3和YAP（YAlO3）进行了计算研究。结果表明,GGA-PW91-On the fly方案的计算结果与报道的实验数据最为接近。据此选择这一方案对α-Al2O3,α-Y2O3,YAG (Y3Al5O12), YAP（YAlO3）,YAM（ Y4Al2O9）,α-( Al3/4Y1/4)2O3和α-( Al1/4Y3/4)2O3晶体进行了计算研究。研究了YAG和YAP的形成能、电子结构、布居数、力学性质。计算结果显示,YAG晶体和YAP晶体都具有很好的结构稳定性,并得到他人实验研究结果的佐证。对力学性质的分析表明,YAG晶体和YAP晶体都属于脆性材料。研究了YAM的形成能、电子结构、布居数。计算结果显示,YAM晶体的结构比α-Al2O3,YAP晶体和YAG晶体更稳定。探索设计了α-( Al3/4Y1/4)2O3和α-( Al1/4Y3/4)2O3的晶体结构模型,计算研究了它们的形成能、电子结构、布居数。计算结果显示,它们都具有稳定结构。比较而言,α-( Al1/4Y3/4)2O3稳定性更好,有可能成为具有应用前景的新型材料。研究表明,YAG,YAP,YAM,α-( Al3/4Y1/4)2O3和α-( Al1/4Y3/4)2O3都是绝缘体。在这些二元复合氧化物中O-Al键、O-Y键都是离子性较强、共价性较弱的混合键。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-13
  §1-1 α-(Al_(1-x)Y_x)_2O_3 复合氧化物及其研究进展  9-11
    1-1-1 α-Al_2O_3 和α-Y_2O_3 氧化物概述  9-10
    1-1-2 重要α-(Al_(1-x)Y_x)_2O_3 复合氧化物的结构特征和性能  10-11
    1-1-3 二元复合氧化物第一性原理的研究进展  11
  §1-2 课题的提出及其意义  11-12
  §1-3 课题的研究目的方法与研究内容  12-13
第二章 计算原理、软件介绍及计算方案选择  13-22
  §2-1 密度泛函(DFT)理论  13-17
  §2-2 软件介绍  17-19
    2-2-1 Materials Studio 软件简介  17
    2-2-2 Visualizer 模块简介  17
    2-2-3 CASTEP 模块简介  17-19
  §2-3 计算方案选择  19-22
第三章 二元复合氧化物α-(Al_(1-x)Y_x)_2O_3 的结构与性质  22-55
  §3-1 引言  22
  §3-2 二元复合氧化物α-(Al_(1-x)Y_x)_2O_3 的结构  22-27
    3-2-1 氧化物α-Al_2O_3的结构  22
    3-2-2 氧化物α-Y_2O_3的结构  22-23
    3-2-3 氧化物YAG(Y_3Al_5O_(12))的结构  23-25
    3-2-4 氧化物YAP(YAlO_3)的结构  25
    3-2-5 氧化物YAM(Y_4Al_2O_9)的结构  25
    3-2-6 氧化物α-( Al_(3/4)Y_(1/4))_2O_3 的结构  25-26
    3-2-7 氧化物α-( Al_(1/4)Y_(3/4))_2O_3 的结构  26-27
  §3-3 计算方案和几何优化结果  27-29
  §3-4 α-Al_2O_3 和α-Y_2O_3 的性质  29-34
    3-4-1 α-Al_2O_3的电子结构  29-30
    3-4-2 α-Al_2O_3的布居数  30-31
    3-4-3 α-Y_2O_3 的电子结构  31-33
    3-4-4 α-Y_2O_3 的布居数  33-34
  §3-5 YAG 的形成能、电子结构、布居数和力学性质  34-38
    3-5-1 YAG的形成能  34
    3-5-2 YAG的电子结构  34-36
    3-5-3 YAG的布居数  36-37
    3-5-4 YAG 的力学性质  37-38
  §3-6 YAP 的形成能、电子结构、布居数和力学性质  38-42
    3-6-1 YAP的形成能  38
    3-6-2 YAP的电子结构  38-40
    3-6-3 YAP的布居数  40-42
    3-6-4 YAP 的力学性质  42
  §3-7 YAM 的形成能、电子结构和布居数  42-46
    3-7-1 YAM的形成能  42
    3-7-2 YAM的电子结构  42-44
    3-7-3 YAM的布居数  44-46
  §3-8 复合氧化物α-( Al_(3/4)Y_(1/4))_2O_3 的性质  46-50
    3-8-1 α-( Al_(3/4)Y_(1/4))_2O_3的形成能  46-47
    3-8-2 α-( Al_(3/4)Y_(1/4))_2O_3的电子结构  47-48
    3-8-3 α-( Al_(3/4)Y_(1/4))_2O_3的布居数  48-50
  §3-9 复合氧化物α-( Al_(3/4)Y_(1/4))_2O_3 的性质  50-55
    3-9-1 α-( Al_(1/4)Y_(3/4))_2O_3的形成能  50
    3-9-2 α-( Al_(1/4)Y_(3/4))_2O_3的电子结构  50-52
    3-9-3 α-( Al_(_(1/4))Y_(3/4))_2O_3的布居数  52-55
第四章 结论  55-56
参考文献  56-60
致谢  60-61
攻读学位期间所取得的相关科研成果  61

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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