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谈相变高温形状记忆合金TaRu,NbRu第一性原理查抄袭率

收藏本文 2024-03-08 点赞:6998 浏览:20436 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:TaRu和NbRu合金被认为是最有吸引力的高温形状记忆合金,具有很大的运用前景。然而目前实验中对于TaRu和NbRu的β”相的空间群和原子位置坐标还不清楚,各相的声子谱、电子结构等性质还没有被探讨。本论文用基于密度泛函论述的第一性原理策略第一次系统地探讨了TaRu和NbRu的相稳定性,弹性模量,声子谱,电子结构等性质。对于TaRu合金,我们确定出β相是立方结构(Pm-3m),β'相是四方结构(P4/mmm),它们的原子坐标都是Ta(0,0,0),Ru(0.5,0.5,0.5),得到TaRu四方结构总能最低的c/a比率是1.12,和实验值的1.09非常接近。我们发现以p到β'的相变和弹性模量有密切的联系,β相的剪切模量C是-128,正是它导致了立方结构向四方结构的相变。β'相的声子谱在R(01/21/2)处有一个最大的虚频,我们根据软模相变论述以及结构优化,最后获得了正交结构的p”相,它的空间群是Cmmm, Wyckoff坐标是Ru(4j):(0.00.730.5),Ta(4g):(0.240.00.0),晶格常数和实验值的误差不超过1.3%。这是第一次用第一性原理计算的策略获得了TaRu p,β'和p”三个相完整的晶格结构和声子谱。β"相的总能依次比β',β相低0.071eV/atom,0.113eV/atom,β”相的整个声子谱没有任何虚频,β"相在费米能级处的总态密度最低,这都说明β”相是最稳定的基态结构。我们通过探讨NbRu的各项性质,发现它和TaRu非常相似。NbRu的p相和p’相分别是立方结构和四方结构,计算得到的晶格常数和实验数据的误差非常小。通过探讨NbRu的声子谱,发现p相在M[110]和F-R处有很大的虚频,说明p相在低温时很不稳定,这证实了实验中发现p相的声学支沿[110]方向随着温度的降低出现软化的现象。另外,NbRu β'相的声子谱在R处也有一个最大的虚频,根据软模相变论述我们得了正交结构的p”相,其晶格常数为a=2.853A,b=3.056A和c=3.420A,和实验数据符合得很好。通过对NbRu β,β"和β"相的声子谱和态密度进行比较,发现正交结构的β"相比其他两个相更稳定。关键词:高温形状记忆合金论文第一性原理论文声子谱论文相变论文

    摘要3-4

    Abstract4-9

    第一章 绪论9-18

    1.1 引言9

    1.2 形状记忆合金介绍9-12

    1.2.1 形状记忆合金的进展历程9-10

    1.2.2 形状记忆效应10

    1.2.3 形状记忆合金的种类10-11

    1.2.4 形状记忆合金的主要用途11-12

    1.3 TaRu和NbRu高温形状记忆合金介绍12-15

    1.3.1 TaRu和NbRu合金探讨现况12-13

    1.3.2 TaRu和NbRu合金的结构13-14

    1.3.3 TaRu和NbRu合金的相图14-15

    1.4 材料计算策略概述15-16

    1.5 本课题的探讨作用和主要探讨内容16-18

    1.5.1 探讨作用16

    1.5.2 主要探讨内容16-18

    第二章 论述计算策略18-29

    2.1 引言18

    2.2 密度泛函论述18-26

    2.2.1 Born-Oppenheimer绝热近似18-19

    2.2.2 Hartree-Fock近似19-22

    2.2.3 Hohenberg-Kohn定理22-24

    2.2.4 局域密度近似24-25

    2.2.5 广义梯度近似25-26

    2.3 VASP软件介绍26-28

    2.4 软模论述与结构相变28-29

    第三章 第一性原理对TaRu合金的探讨29-45

    3.1 引言29-30

    3.2 收敛性测试30-32

    3.2.1 截断能30

    3.2.2 K格点30-31

    3.2.3 SIGMA的优化31-32

    3.3 TaRuβ和β'相结构的确定32-34

    3.3.1 TaRuβ相结构的优化32-33

    3.3.2 TaRuβ'相结构的确定33-34

    3.4 弹性常数34-38

    3.4.1 弹性常数的计算34-37

    3.4.2 TaRu弹性常数的计算结果37-38

    3.5 声子谱38-42

    3.5.1 声子谱的计算策略38

    3.5.2 TaRuβ相和β'相的声子谱38-41

    3.5.3 TaRuβ"相的声子谱41-42

    3.6 TaRu各相的电子结构性质42-43

    3.7 本章小结43-45

    第四章 第一性原理对NbRu合金的探讨45-52

    4.1 引言45

    4.2 NbRuβ和β'相结构的确定45-46

    4.3 弹性常数46

    4.4 声子谱46-49

    4.4.1 NbRuβ相的声子谱46-47

    4.4.2 NbRuβ'相的声子谱和β"相的结构47-49

    4.4.3 NbRuβ"相的声子谱49

    4.5 NbRu各相的电子结构性质49-51

    4.6 本章小结51-52

    第五章 工作总结与展望52-54

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