新型金属间化合物的研究

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金属元素于自然界中大量存在,其构成的化合物具有许多优秀的性能,被广泛的应用在生产和生活中,寻找新型金属间化合物已成为推动材料技术发展的关键。本文将采用原子替换法和晶体结构预测技术,结合第一性原理计算方法寻找新型金属间化合物,并研究其材料的力学性质,分析它们的力学各向异性,分析新型结构材料的电荷密度分布情况。为之后的研究者设计与合成新型技术材料提供有力的数据与理论支撑,为扩大新型金属间化合物的应用范围提供参考。用原子替换的方法找到了三种新型钛副族金属间化合物,它们分别是Hf2Al Nb、Zr2Al Ta和Ti2Al V,通过计算发现它们的声子谱在0 GPa下整个布里渊区间没有出现虚频,同时它们也满足力学稳定性公式的判据,即这三种金属间化合物在0 GPa的压力都下是力学稳定的。为了更详细的分析这三种新型钛副族金属间化合物的弹性与各向异性,本文计算并分析了它们的杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量,将它们的结果画成方向依赖图和弹性模量的二维表示图,通过分析弹性模量得方向表示图和弹性模量二维图和弹性各向异性因子的结果得出这三种新型钛副族金属间化合物都是各向异性材料的结论。为了比较这三种钛副族金属间化合物在高压下力学性质和各向异性的变化,计算了它们在50 GPa和100 GPa压力下下的弹性模量并与0 GPa压力下的弹性模量的值做对比,得出了压力越大这三种钛副族金属间化合物的各向异性也越大的结论。为了研究Hf2Al Nb,Zr2Al Ta和Ti2Al V的电子分布情况,本文计算并分析了它们的电子态密度分布图,发现了Hf2Al Nb,Zr2Al Ta和Ti2Al V这三种金属间化合物在费米面上的电子主要由其d轨道提供。基于第一性原理计算方法结合CALYPSO晶体结构预测技术得到了Pt3Li-65合金的最低能量结构,为了研究其性能,计算了Pt3Li-65在0-100 GPa压力下的弹性常数、弹性模量、弹性各向异性因子德拜温度及其在各个平面上的声速变化。利用弹性常数在0-100 GPa压力下的变化来分析弹性模量的改变。弹性模量在各压力下的计算结果随着压力的增大而增大,发现Pt3Li-65的各向异性因子的计算结果也随压力的增大而增大。这表明Pt3Li-65的各向异性在压力增大的情况下也呈现增大趋势。Pt3Li-65的德拜温度的计算结果表明随着压力的增大Pt3Li-65的德拜温度原子间共价键的结合力增强。最后本文计算并分析了它们的能带图和电子态密度分布图,得出了Pt3Li-65是一个金属性好的导体,Pt3Li-65的DOS主要贡献源自Pt元素d轨道的电子贡献。通过计算和分析得知Pt3Li-65是一种稳定的金属化合物,本文采用原子替换方法将碱金属、过渡金属、碱土金属、部分主族金属元素替换该化合物中的Li元素得到37个Pt3M-65金属间化合物,然后再对这些结构进行优化,并计算它们的声子谱,筛选出了Pt3Mg-65、Pt3Sr-65、Pt3Sc-65、Pt3Sn-65、Pt3Bi-65五个稳定的新型Pt金属间化合物。本文还计算了这五个新型Pt金属间化合物在0 GPa、50 GPa和100 GPa它们的弹性模量、弹性各向异性因子、硬度、态密度和能带,计算结果表明这五种Pt金属间化合物都具有弹性各向异性与金属性,并且在这五种新型Pt金属间化合中Pt3Bi-65的硬度最大,且它在高压下不稳定。最后通过对这五个新型Pt金属间化合物的电子性质分析得知这五种金属材料在费米面上的电子主要是由Pt元素的d轨道提供,这些发现能给今后的科学研究和金属化合物制备提供相应的理论和数据依据。利用第一性原理去计算和研究这些新型金属材料得到了一系列优秀的结构,这些结构良好的性能使得它们有成为新型结构材料的潜力,应用在生产生活中后必会给人们的生活带来极大的便利。随着科学技术的不断发展与数据模拟和人工智能的兴起,模拟材料和计算材料的发展将会越来越迅速,给实验制备提供更多的可行的理论依据。
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