Ni3Al表面H和O原子吸附的第一性原理研究

论文摘要

本论文的主要内容是通过第一原理来研究金属间化合物Ni3Al表面氢和氧的吸附问题,以及掺硼对Ni3Al表面氢吸附的影响。这些研究从理论上探讨了多晶Ni3Al环境脆性的微观机制,也为进一步的实验研究奠定了理论基础。金属间化合物Ni3Al是一种很好的高温结构材料,但由于其室温脆性限制了它的实际应用。本文首先评述了多晶Ni3Al环境脆性问题,接着在第二章中简单地介绍了密度泛函理论,在接下来的两章中分别给出了我们利用第一原理方法研究Ni3Al表面氢、氧吸附问题的理论计算结果。一方面,我们利用第一原理研究了氢在纯净的Ni3Al(111)表面及掺硼Ni3Al(111)表面的吸附。我们的计算结果表明,在单原子吸附时,氢原子喜欢吸附在表面空位位置,而硼原子在第一层和第二层之间的富镍八面体位置更稳定。在低覆盖度情况下,正下方第二层为Al原子的表面六角密排(hcp)位置是氢原子最稳定的吸附位置;但是,当有硼原子在第一层和第二层之间的富镍八面体位置时,在上述位置吸附的氢原子变得更加稳定,而表面面心立方(fcc)位置的氢原子吸附则不如无硼时稳定。我们的计算结果显示,不论是硼原子还是氢原子,在Ni3Al(111)表面吸附中,它们都更喜欢吸附在富镍的环境中;当表面已经吸附了硼原子后,对氢原子的表面吸附有一定的影响。另一方面,我们利用第一原理研究了氧在Ni3Al(111)和(100)表面的吸附。我们分别设计了两种表面模型:(100)表面和(111)表面。我们的计算结果表明, O原子更喜欢与Al原子结合,由于(100)表面比(111)表面Al的含量高,因此更容易吸附O原子,从理论上分析了Ni3Al与O原子发生反应的表面敏感性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 晶体结构理论简介
• 1.1.1 晶体的基本概念
• 1.1.1.1 晶体与非晶体
• 1.1.1.2 晶格和晶胞
• 1.1.2 常见晶体晶格类型
• 1.1.2.1 体心立方晶格
• 1.1.2.2 面心立方晶格
• 1.1.2.3 密排六方晶格
• 1.1.3 固体的实际晶体结构图
• 1.1.3.1 金属的多晶体结构
• 1.1.3.2 晶体的缺陷
• 3Al的研究现状及存在的问题'>1.2 金属间化合物Ni₃Al的研究现状及存在的问题
• 1.3 论文的主要工作和结构安排
• 参考文献
• 第二章 密度泛函理论简介
• 2.1 霍恩伯格-科恩定理
• 2.2 科恩-沈吕九方程
• 2.3 交换相关能泛函
• 2.3.1 局域密度近似
• 2.3.2 广义梯度近似
• 参考文献
• 3Al（111）表面氢和硼原子吸附的第一性原理研究'>第三章Ni₃Al（111）表面氢和硼原子吸附的第一性原理研究
• 3.1 计算方法和模型选取
• 3.1.1 计算方法
• 3.1.2 计算模型的建立
• 3.2 计算结果和讨论
• 3.2.1 体和干净表面的计算
• 3.2.2 表面分别吸附氢原子和硼原子的计算
• 3.2.3 掺硼表面的氢吸附研究
• 3.2.4 电子结构分析
• 3.3 小结
• 参考文献
• 3Al（111） 和（100）表面的选择性吸附研究'>第四章 氧在Ni₃Al（111） 和（100）表面的选择性吸附研究
• 4.1 理论方法和计算模型的建立
• 4.1.1 理论方法介绍
• 4.1.2 计算模型的建立
• 4.2 计算结果分析讨论
• 4.2.1 体和干净表面的计算
• 4.2.2 氧原子吸附表面的计算
• 4.2.3 电子结构分析
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 攻读硕士学位期间发表文章和所投稿件
• 致谢