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稀土发光材料理论计算方法研究现状 被引量:4
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作者 孙怀洋 蒋鸿 《中国稀土学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期350-375,共26页
稀土发光材料在激光、照明、显示、辐射探测等众多领域起着至关重要的作用,建立相应的微观理论对于稀土发光材料的进一步发展和应用有着重要的科学意义。然而,由于4f电子复杂的多组态特征和很强的相对论效应,使得对稀土发光性质的理论... 稀土发光材料在激光、照明、显示、辐射探测等众多领域起着至关重要的作用,建立相应的微观理论对于稀土发光材料的进一步发展和应用有着重要的科学意义。然而,由于4f电子复杂的多组态特征和很强的相对论效应,使得对稀土发光性质的理论研究到目前为止主要集中在经验或半经验模型的层面上,不依赖于任何经验信息的第一性原理方法仍然面临很大的挑战。尽管如此,稀土发光材料的第一性原理计算近年来也取得了重要的进展。在波函数方法方面,发展了相对论多电子离散变分和基于嵌入簇模型的多组态从头算方法等适合于镧系掺杂材料的方法;密度泛函理论方法也被越来越多地应用于这类材料的电子结构计算,并发展出了约束占据数、限制性开壳层Kohn-Sham等针对特殊类型激发态的近似计算方法。本文回顾了传统晶体场理论和Dorenbos经验模型对稀土发光微观机制的描述,梳理总结了针对稀土发光性质的第一性原理计算方法的最新发展和应用,并对未来可能的发展方向提出展望。 展开更多
关键词 稀土发光材料 密度泛函理论 第一性原理 晶体场理论 量子化学方法
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稀土钇处理对铁路辙叉用高锰钢中夹杂物的改性 被引量:1
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作者 李荣 孟倩 +3 位作者 李涛 谭敏 陈晨 张福成 《中国冶金》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期66-78,共13页
高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件,对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能,稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究,系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演... 高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件,对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能,稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究,系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演变及其对钢性能的影响。热力学计算结果表明,未添加稀土Y时,高锰钢中主要的夹杂物为MnS和Al_(2)O_(3);添加稀土Y后,高锰钢中的MnS和Al_(2)O_(3)转变为Y_(2)S_(3)、YS、YAlO_(3)、Y_(2)O_(3)和Y_(2)O_(2)S;当Y质量分数为0.03%时,夹杂物全部转变为稀土夹杂物。第一性原理计算结果表明,高锰钢中夹杂物形成并稳定存在的顺序为Y_(2)O_(3)>YAlO_(3)>Y_(2)O_(2)S>Al_(2)O_(3)>Y_(2)S_(3)>YS>MnS。Al_(2)O_(3)、YAlO_(3)对高锰钢的性能不利,而含稀土夹杂物具有相对较好的延展性和弹性,可有效降低夹杂物周围的应力集中。钢中Y添加量为0.0319%时,对高锰钢中夹杂物的改性效果最好,可生成尺寸较小的稀土夹杂物,部分复相夹杂物转变为近球形的Y_(2)S_(3)-Y_(2)O_(2)S,外层Y_(2)S_(3)夹杂物弹性较好、硬度较低,可以减少夹杂物与基体的应力集中,从而有效提升高锰钢的力学性能。研究工作为稀土对钢中夹杂物的调控提供了理论依据。 展开更多
关键词 高锰钢 夹杂物 稀土处理 热力学计算 第一性原理计算
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全氟化和部分氟化锗纳米条带电学和磁学性质的理论研究
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作者 刘晶微 于广涛 +2 位作者 沈小朋 黄旭日 陈巍 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期977-982,共6页
通过第一性原理计算分别研究了锯齿型和扶手椅型全氟化和部分氟化锗纳米条带的几何结构、稳定性、电学和磁学性质.结果表明,两类全氟化锗纳米条带的最优构型均为椅式构型,并均表现为非磁的半导体性质.全氟化能够有效地增大锗纳米条带体... 通过第一性原理计算分别研究了锯齿型和扶手椅型全氟化和部分氟化锗纳米条带的几何结构、稳定性、电学和磁学性质.结果表明,两类全氟化锗纳米条带的最优构型均为椅式构型,并均表现为非磁的半导体性质.全氟化能够有效地增大锗纳米条带体系的带隙,其带隙随着条带宽度的增加而减小.部分氟化的锯齿型锗纳米条带展现出反铁磁半导体的性质,而相应的扶手椅型锗纳米条带则为非磁性的半导体;这些体系的带隙随着氟化程度的增加而增大,其中部分氟化扶手椅型锗纳米条带的带隙展现出三族行为.所有部分氟化的锗纳米条带均与未氟化部分对应的等宽度锗纳米条带表现出几乎相同的电学和磁学行为,表明氟化能够有效调控锗纳米条带的电学和磁学性质.另外,所有氟化的锗纳米带都具有较高的结构稳定性. 展开更多
关键词 第一性原理计算 锗纳米条带 氟化 能带结构 电学和磁学性质
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第一性原理软件北京原子技术模拟工具包的重构进展 被引量:1
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作者 马英晋 张坦 +1 位作者 何连花 金钟 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期79-86,共8页
基于第一性原理的理论方法的研究,代表了材料计算、分子模拟等领域的科学高地,相应的第一性原理计算软件直接关系到该领域相关理论、算法的积累.本文汇报了我们在重构第一性原理计算模拟软件—北京原子技术模拟工具包(BSTATE)的一些最... 基于第一性原理的理论方法的研究,代表了材料计算、分子模拟等领域的科学高地,相应的第一性原理计算软件直接关系到该领域相关理论、算法的积累.本文汇报了我们在重构第一性原理计算模拟软件—北京原子技术模拟工具包(BSTATE)的一些最新进展.重构的核心思想是降低用户使用门槛、扩展软件适用范围、增加软件对于流行计算框架的支持.基于此思路,在BSTATE原有Makefile编译系统的基础上添加了CMake编译环境,并支持各种数学函数库的自动和交互式配置;通过在原有内置泛函基础上增添Libxc泛函库的支持,使BSTATE支持的泛函数量有了数量级上的增长;分析测试BSTATE在集群的并行特点,并以更新数学库接口(FFTW3、Cufftw)的形式提供对于流行异构框架的初步支持. 展开更多
关键词 第一性原理软件 密度泛函理论 北京原子技术模拟工具包 软件重构
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The Efect of Si Impurity at the Al Σ5 Grain Boundary:a First Principle Computational Tensile Test Study
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作者 Jiuhui LI Xing ZHAO +1 位作者 Dongsheng WANG Fanshun MENG 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第6期675-680,共6页
First principle computational tensile tests (FPCTT) are performed to the Al ∑5 grain boundaries (GBs) with and without substitution or interstitial Si impurity. The obtained stress-strain relationships and atomic... First principle computational tensile tests (FPCTT) are performed to the Al ∑5 grain boundaries (GBs) with and without substitution or interstitial Si impurity. The obtained stress-strain relationships and atomic configurations demonstrate that the Al ∑5 GBs with and without substitutional or interstitial Si impurity show different fracture modes. The mechanisms of the different fracture modes are analyzed based on the charge density and the density of states. The results show that the charge redistributions of the atoms in the vicinity of GBs and the covalent interactions between Si and its neighboring Al atoms determine the fracture modes. 展开更多
关键词 Al∑5 GB Si impurity first principle computational tensile test
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Al晶界的第一性原理拉伸试验 被引量:9
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作者 张颖 吕广宏 +1 位作者 邓胜华 王天民 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期2901-2907,共7页
基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理方法,进行了Al晶界的第一性原理拉伸试验.得到Al晶界的理论拉伸强度为9·5GPa,对应的应变为16%.根据价电荷密度、键长和原子构型随应变的变化,我们证实断裂发生在晶界面,其特征是所有界... 基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理方法,进行了Al晶界的第一性原理拉伸试验.得到Al晶界的理论拉伸强度为9·5GPa,对应的应变为16%.根据价电荷密度、键长和原子构型随应变的变化,我们证实断裂发生在晶界面,其特征是所有界面键的断裂.同时还发现在周围原子键的数目减少的情况下,界面重构的Al-Al原子键具有共价键的性质.因此Al晶界依然保持着较高的界面强度. 展开更多
关键词 Al晶界 第一性原理拉伸试验 理论拉伸强度
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镀锌钢-6016铝合金激光焊接组织性能与第一性原理计算 被引量:8
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作者 彭利 周惦武 +2 位作者 徐少华 彭平 刘金水 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期230-238,共9页
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe8Al8及(Fe7X)Al8(X=Pb,Sn,Ti,Cu,Mn,Si,Zn)超胞模型的弹性模量与电子结构,在分析合金化元素改善FeAl金属间化合物力学性质的基础上,选取降低脆性效果较好的Cu和最好的Pb,对1.2 mm厚DC56D+Z... 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe8Al8及(Fe7X)Al8(X=Pb,Sn,Ti,Cu,Mn,Si,Zn)超胞模型的弹性模量与电子结构,在分析合金化元素改善FeAl金属间化合物力学性质的基础上,选取降低脆性效果较好的Cu和最好的Pb,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行加入中间夹层Cu和Pb的激光搭接焊试验。结果表明:FeAl金属间化合物为脆性相,其电子结构根源在于Fe的sd态与Al的sp态存在电子轨道杂化,为明显的共价键特征;FeAl合金化后,脆性降低,相应脆性由低到高的顺序为(Fe7Pb)Al8、(Fe7Sn)Al8、(Fe7Ti)Al8、(Fe7Cu)Al8、(Fe7Mn)Al8、(Fe7Si)Al8、(Fe7Zn)Al8、Fe8Al8,Pb合金化降低脆性效果最好,激光搭接焊加入中间夹层Pb,钢侧母材与焊缝界面区由母材侧较大晶粒和焊缝的细小晶粒交错形成,熔池金属与母材铝之间没有明显的分界线,焊接接头界面熔合良好;与未加夹层相比,加入中间夹层Cu和Pb后,焊接接头力学性能提高,其中Pb的作用优于Cu的,试样断口均具有韧性断裂特征。 展开更多
关键词 镀锌钢 铝合金 第一性原理计算 激光搭接焊 FeAl脆性金属间化合物 力学性质
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Study of the theoretical tensile strength of Fe by a first-principles computational tensile test 被引量:4
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作者 刘悦林 张颖 +1 位作者 洪荣杰 吕广宏 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第5期1923-1930,共8页
This paper employs a first-principles total-energy method to investigate the theoretical tensile strengths of bcc and fcc Fe systemically. It indicates that the theoretical tensile strengths are shown to be 12.4, 32.7... This paper employs a first-principles total-energy method to investigate the theoretical tensile strengths of bcc and fcc Fe systemically. It indicates that the theoretical tensile strengths are shown to be 12.4, 32.7, 27.5 GPa for bcc Fe, and 48.1, 34.6, 51.2 GPa for fcc Fe in the [001], [110] and [111] directions, respectively. For bcc Fe, the [001] direction is shown to be the weakest direction due to the occurrence of a phase transition from ferromagnetic bcc Fe to high spin ferromagnetic fcc Fe. For fcc Fe, the [110] direction is the weakest direction due to the formation of an instable saddle-point 'bct structure' in the tensile process. Furthermore, it demonstrates that a magnetic instability will occur under a tensile strain of 14%, characterized by the transition of ferromagnetic bcc Fe to paramagnetic fcc Fe. The results provide a good reference to understand the intrinsic mechanical properties of Fe as a potential structural material in the nuclear fusion Tokamak. 展开更多
关键词 FE theoretical tensile strength phase transition first-principles computational tensiletest
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合金原子对L1_(2)型Al-Zr-X三元铝合金表面电偶腐蚀影响的第一性原理研究
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作者 张庆洲 范大伟 刘凌虹 《计算物理》 CSCD 北大核心 2023年第6期699-711,共13页
本文在AlZr二元合金的基础上,利用第一性原理计算方法,全面计算19种L1_(2)-Al_(x)Zr_(y)X_(z)(X=Pd、Pt、Au、K、Rb、Sr、Ba、Ca、Yb、La、Ce、Y、Er、Sc、Zr、Ti、Cd、Hf、In)三元析出相的(100)、(110)和(111)三种晶面作为表面时的功函... 本文在AlZr二元合金的基础上,利用第一性原理计算方法,全面计算19种L1_(2)-Al_(x)Zr_(y)X_(z)(X=Pd、Pt、Au、K、Rb、Sr、Ba、Ca、Yb、La、Ce、Y、Er、Sc、Zr、Ti、Cd、Hf、In)三元析出相的(100)、(110)和(111)三种晶面作为表面时的功函数,并分析其与掺杂原子电负性之间的关系,从电子层面阐明掺杂原子对L1_(2)型Al-Zr-X三元铝合金表面电偶腐蚀性能影响的根本原因。通过计算发现不同掺杂晶面暴露为表面时,由于功函数各异,与基体的本征电位差也各不相同。Hg、Cd、Zr、Ti和Hf等掺杂原子能增加析出相(100)表面的功函数,Hg、Cd、In、Ti和Hf等原子能增加析出相(110)面的功函数,而Pd、Pt、Au、In、Sc、Rb、Sr、Yb、Y、Er、K、Ba、La、Ce和Ca原子能降低(111)面的功函数,这些均导致析出相与铝基体的本征电位差进一步减小。此外,结果揭示了掺杂原子电负性与其化合物功函数之间的线性正相关规律。相较而言,电负性与Al接近且替代Al的In、Cd和Hg原子,以及电负性与Zr接近且替代Zr的Ti和Hf原子对析出相功函数影响较小,且其化合物与铝基体的电势差较小,对提升材料抗腐蚀能力有益,其他掺杂原子则对析出相功函数有较大影响。研究解释了部分耐蚀性实验结果,为优化合金成分设计、提升铝合金材料耐腐蚀性提供了理论参考。 展开更多
关键词 电偶腐蚀 铝合金 L1_(2)析出相 合金原子 第一性原理计算
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