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二元碳合金团簇的结构与稳定性

作　者: 苗德壮
导　师: 王丽
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 密度泛函理论 广义梯度近似 团簇 Mulliken原子电荷 原子磁距
分类号: TG131
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


团簇是指由几个、几十个乃至上千个原子、分子或者离子通过物理的或化学的结合力组成的相对稳定的非刚性聚集体,直径大约从几个埃到几百埃。它是介于微观原子分子与宏观凝聚态物质之间物质结构的新层次,其微观结构特点和奇异的物理化学性质,为制造和发现新的特殊性开辟了一条新的途径。本文应用密度泛函理论中的广义梯度近似对Mn-C、Si-C与S-C团簇进行了几何结构优化、能量和频率计算,把能量最低且频率为正值的结构确定为基态,并通过分析Mulliken原子电荷和原子磁距,确定了电荷转移方向和磁距作用位置。具体内容如下：首先,应用密度泛函理论中的广义梯度近似对MnCN(N=1-10)团簇和Mn2CN(N=1-9)团簇的结构和电子性质进行了系统地研究,并对频率和能量进行计算,得到了Mn-C团簇的最低能量结构,通过分析MnCN(N=1-10)团簇的对称性、结合能、最高占据分子轨道态、总自旋磁距、平均原子结合能与团簇尺寸的关系和二阶能量差分与团簇尺寸的关系,得出当C原子个数为5、7、9时,团簇具有相对稳定性,并可以称他们为幻数团簇；通过分析Mn原子和C原子的Mulliken原子电荷和原子磁距,可以发现：Mn-C团簇中的电荷趋向于从Mn原子转移到C原子,磁距主要作用在Mn原子上。其次,采用同样的的理论计算方法对Si-C和S-C团簇基态结构分别进行了构型分析,并得到了它们的基态结构。通过分析Si原子和C原子的Mulliken原子电荷和磁距,可以看出：在SiCN(N=1-8)团簇中的电荷趋向于从Si原子转移到C原子,SiC3.SiC5.SiC7存在磁距,且磁距主要作用在Si原子上；在Si2CN(N=1-6)团簇中的电荷趋向于从Si原子转移到C原子,Si2C2.Si2C4团簇存在磁距,且磁距主要作用在Si原子上。通过分析S原子和C原子的Mulliken原子电荷和磁距,得到结论：在SCN(N=1-8)团簇中的电荷趋向于从C原子转移到S原子,SC2.SC4.SC6团簇存在磁距,磁距均匀分布在S和C原子上；S2CN(N=1-6)团簇中的电荷趋向于从C原子转移到S原子,S2C4团簇存在磁距,磁距均匀分布在S和C原子上。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章 团簇的基本介绍  11-23
  1.1 团簇的基本概念及发展历程  11-12
  1.2 团簇的分类  12-13
  1.3 团簇的基本性质  13-14
  1.4 团簇的研究内容和意义  14-16
  1.5 研究团簇的理论方法  16-20
    1.5.1 分子力学方法  17-18
    1.5.2 Monte Carlo方法  18
    1.5.3 量子力学方法  18-20
  参考文献  20-23
第二章 密度泛函理论  23-42
  2.1 密度泛函理论的特点  23-24
  2.2 密度泛函理论的概念  24-37
    2.2.1 Thomas-Fermi模型  24-26
    2.2.2 Hohenberg-Kohn定理  26-29
    2.2.3 Kohn-Sham方程  29-32
    2.2.4 交换关联能  32-34
    2.2.5 马利肯布局数分析  34-37
  2.3 Materials Studio软件  37-39
    2.3.1 Materials Studio软件介绍  37
    2.3.2 Dmol~3软件介绍  37-39
  2.4 论文对Mn-C、Si-C与S-C合金进行研究的意义  39
  参考文献  39-42
第三章 Mn-C团簇的结构和性质  42-66
  3.1 引言  42
  3.2 计算方法  42-43
  3.3 MnC_N(N=1-10)团簇的结构  43-55
    3.3.1 最低能量结构  43-53
    3.3.2 MnC_N(N=1-10)团簇的稳定性  53-55
  3.4 Mn_2C_N(N=1-9)团簇的结构  55-64
  3.5 小结  64-65
  参考文献  65-66
第四章 Si-C和S-C团簇的结构  66-78
  4.1 Si-C团簇的结构  66-72
    4.1.1 SiC_N(N=1-8)团簇的结构  66-69
    4.1.2 Si_2C_N(N=1-6)团簇的结构  69-72
  4.2 S-C团簇的结构  72-78
    4.2.1 SC_N(N=1-8)团簇的结构  72-75
    4.2.2 S_2C_N(N=1-6)团簇的结构  75-78
第五章 结论与展望  78-80
  结论  78-79
  展望  79-80
致谢  80-81
学位论文评阅及答辩情况表  81

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 合金学理论
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