论文摘要
与计算机技术相结合的计算材料是现代材料科学研究的重要方法,本论文用计算和理论相结合的方式对金红石型RuO2和IrO2、金红石型和萤石型RuxZr1-xO2固溶体以及萤石型RuO2的结构与性质进行研究和探讨：（1）采用基于DFT的计算方法,对金红石型RuO2和IrO2的结构进行计算；（2）对固溶体RuxZr1-xO2结构进行优化,获得了金红石型和萤石型RuxZr1-xO2固溶体结构的微观数据,并讨论影响晶体体弹性模量的关键因素；（3）对萤石型RuO2进行计算,并结合热力学理论,研究萤石型Ru02在高温和高压下的热力学性质。结果表明：1.采用GGA和LDA获得的数据与状态方程式拟合很好,采用LDA计算的稳定状态下的系统形成能Eo高于GGA计算的结果,超胞体积V0则是LDA计算的结果小于GGA的结果。两种方法计算出来的体积弹性模量相差将近50GPa。采用LDA获得的计算得到体积弹性模量、晶胞体积、晶体参数和键长均优于GGA计算的结果。引入热膨胀系数系数对Ru02和IrO2的晶胞体积的计算结果（LDA）进行修正,可以得到与实验值非常接近的结果；2.随着ZrO2的摩尔含量由0%增加到100%,ZrxRu1-xO2的晶胞体积逐渐增大。金红石型ZrxRu1-xO2固溶体的体模量由300.4 GPa下降至217.22 GPa：平均键长随着ZrO2摩尔含量的增加逐渐增大,但变化趋势有所差异,最终认为O-O和M-O键结构数据是最重要的结构参数。3.由于Ru4+离子半径小于Zr4+离子半径,随着Ru02的摩尔含量由0%增加到100%,RuxZr1-xO2的晶胞体积逐渐减小。萤石型RuxZr1-xO2的体弹模量逐渐且增加明显,能够达到267.3 GPa-353.0 GPa。平均键长随着Ru02的摩尔含量的增加呈现逐渐减小的趋势,但变化趋势有明显差异,最终认为M-O键结构是最重要的结构,可以用来描述萤石型Zr1-xRuxO2的体弹模量B值的变化和晶胞结构的变化。少量Ru的掺入对ZrO2的电子结构有很大影响,当Ru摩尔含量为12.5%时,导带约扩展为原来的两倍,禁带间隙宽度由3.2eV变成0.8eV;4.萤石型RuO2结构在零温零压情况下,晶格参数a=4.7592A时最稳定,相对体积V/Vo随压强的增加而减小,随温度的升高而减小：体弹模量随压强的增加而增大,随温度的升高而变小,零温零压下体弹模量Bo=353.0 GPa,且当压强为8.9 GPa时,体模量可校正成390.5281 GPa,比实验值仅小2.1%,；热膨胀系数随温度的升高而增大,随压强的增加而减小；金红石型Ru02转变成萤石型Ru02的转变压强为60GPa左右。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言2）概述'>1.2 二氧化钌（RuO2）概述1.3 计算材料学概述1.4 第一性原理（first principle）计算方法1.4.1 第一性原理计算概述1.4.1.1 密度泛函理论1.4.4.1 局域密度近似和广义梯度近似1.5 体积弹性模量概述1.5.1 体积弹性模量1.5.1.1 体模量的实验测定方法1.5.1.2 体模量的理论计算方法1.6 本论文DFT计算所采用的计算软件包1.7 选题依据及研究内容1.7.1 选题依据1.7.2 研究内容1.7.3 创新点2和IrO2结构的DFT计算'>第二章 活性氧化物RuO2和IrO2结构的DFT计算2.1 引言2.2 计算方法与实验内容2.2.1 结构模型和计算方法2.2.2 样品制备与测试2.3 结果与讨论2.3.1 状态曲线拟合2.3.2 体弹模量的比较分析2.3.3 晶格常数的比较分析2.3.4 键长数据的分析2.4 结论xRu1-xO2固溶体结构的DFT计算'>第三章 金红石型ZrxRu1-xO2固溶体结构的DFT计算3.1 引言3.2 计算方法和实验过程3.2.1 密度泛函理论计算3.2.2 实验内容3.3 结果与讨论2含量对结构的影响'>3.3.1 ZrO2含量对结构的影响2含量对体弹模量B的影响'>3.3.2 ZrO2含量对体弹模量B的影响xRu1-xO2键长与体弹模量B的关系'>3.3.3 金红石结构ZrxRu1-xO2键长与体弹模量B的关系3.4 结论xRu1-xO2固溶体结构的DFT计算'>第四章 萤石ZrxRu1-xO2固溶体结构的DFT计算4.1 引言4.2 计算方法和实验过程4.2.1 DFT计算4.2.2 实验内容4.3 结果与讨论2含量对结构的影响'>4.3.1 RuO2含量对结构的影响2含量对体弹模量B的影响'>4.3.2 RuO2含量对体弹模量B的影响1-xRu1-xO2键长与体弹模量B的关系'>4.3.3 萤石结构Zr1-xRu1-xO2键长与体弹模量B的关系4.3.4 能带结构和态密度分析4.4 结论2的第一性原理计算'>第五章 萤石结构RuO2的第一性原理计算5.1 引言5.2 计算方法和内容5.2.1 第一性原理计算5.2.1.1 晶胞优化5.2.1.2 体弹模量的计算5.2.2 热力学性质5.3 计算结果与讨论5.3.1 计算结果的拟合和分析5.3.2 热力学性质关系的讨论5.3.3 金红石→萤石相变的讨论5.4 结论总结论参考文献致谢个人简历攻读硕士学位期间发表的论文
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