论文摘要
三元层状碳化物Ti3AlC2是一种新型热力学稳定的层状纳米材料,结合了陶瓷和金属的优异性能,在高温结构材料、电接触材料等领域具有广阔的应用前景。本文计算使用的是集成在美国Accelrys公司出品的Materials Studio 4.4软件平台上的CASTEP（Cambridge Series Total Energy Package）程序包。在计算中使用了范德比尔特（Vanderbilt）型超软赝势和广义梯度近似（GGA-PW91）。所有计算中平面波截断能均设置为380eV,布里渊区的积分采用（9x9x2）的Monkhorst-Pack格点面处理。本文首先采用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno （BFGS）极小化方案对Ti3AlC2晶体结构进行几何优化得到基态平衡晶格参数,包括晶格常数和原子内坐标。几何优化收敛标准为两次迭代的能量变化小于5.0x10－6eV/atom,原子间作用力变化小于0.01 eV/A,最大位移小于5×10-4 A以及最大应力小于0.02GPa。优化结果与实验值非常吻合。本文还计算了电子结构和Mulliken布居以分析原子间的键接特性。Ti3AlC2的弹性常数是通过计算不同应变模式下的应力分布来确定的。对六方晶系来说,至少需要两种应变模式{（εxx＝0,ε=0,εzz=1,γyz= 0,γｘｚ=0，γyz= 1）和（εxx=1,εYY=0,εzz=0,γyz=1,γxz=0,γxy=0）}才能确定所有的弹性常数。而且在每种模式下均施加5个不同的应变微扰,然后根据应力的计算结果来确定各弹性常数。一旦弹性常数确定,Ti3AlC2的的弹性模量以及其它力学参数即可计算得出。考虑到Ti3AlC2在压力环境下的应用,给晶胞施加了0-50GPa的等方性静水压来考察外部压力对Ti3AlC2的晶格结构、电子结构和弹性性能的影响。首先通过计算得到在各个压力下的具有局部最小自由焓的几何结构,将Ti3AlC2不受外部压力情况下的晶体结构称之为平衡晶体结构。以几何优化后的晶体结构作为计算模型,本文还计算了Ti3AlC2在0-50GPa静水压下的弹性常数和弹性模量值,并且讨论了压力对晶体弹性的各向异性,弹性常数以及弹性模量的影响。
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摘要Abstract目录第1章 绪论1.1 研究背景与意义3AlC2的结构和性能特点'>1.2 三元层状碳化物Ti3AlC2的结构和性能特点3AlC2相的国内外研究进展'>1.3 三元层状碳化物Ti3AlC2相的国内外研究进展3AlC2的应用'>1.4 三元层状碳化物Ti3AlC2的应用1.5 本文的主要研究内容3AlC2结构与性能的计算理论'>第2章 Ti3AlC2结构与性能的计算理论2.1 第一性原理计算的三个基本假设2.2 密度泛函理论2.2.1 Thomas-Fermi模型2.2.2 Hohenberg-Kohn定理2.2.3 Kohn-Sham方程2.2.4 交换关联能2.3 基于密度泛函的第一性原理计算方法2.4 计算软件2.5 本章小结3AlC2的热力学稳定性和电子结构'>第3章 Ti3AlC2的热力学稳定性和电子结构3.1 计算方法与计算参数设置3.1.1 计算方法3.1.2 计算参数测试3.2 构建晶体模型和几何结构优化3.2.1 构建晶体模型3.2.2 几何结构优化3.3 总能量和电子结构计算3.3.1 晶格形成能和热力学稳定性3AlC2的能带结构和态密度'>3.3.2 Ti3AlC2的能带结构和态密度3AlC2的电荷密度和电荷密度差'>3.3.3 Ti3AlC2的电荷密度和电荷密度差3.3.4 Mulliken布居分析3.4 本章小结3AlC2的弹性性质'>第4章 Ti3AlC2的弹性性质4.1 弹性常数计算原理4.2 弹性常数与能量的关系4.3 弹性模量的计算3AlC2材料的弹性性质的计算'>4.4 Ti3AlC2材料的弹性性质的计算4.4.1 计算方法和计算参数设置4.4.2 收敛性测试3AlC2弹性性质的计算与讨论'>4.5 Ti3AlC2弹性性质的计算与讨论4.6 本章小结3AlC2在静水压下的晶体结构和弹性性质'>第5章 Ti3AlC2在静水压下的晶体结构和弹性性质5.1 计算模型和计算方法3AlC2在静水压下的晶体结构'>5.2 Ti3AlC2在静水压下的晶体结构3AlC2在静水压下的弹性性质'>5.3 Ti3AlC2在静水压下的弹性性质5.4 本章小结结论参考文献致谢
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标签：密度泛函理论论文; 电子结构论文; 布居分析论文; 弹性性质论文; 静水压论文;
三元层状碳化物Ti3AlC2的电子结构和弹性性质研究
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