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三元层状陶瓷M-Al-N(M=Ti,Zr,Hf)的结构及力学性质的第一性原理模拟

彭军辉

计算物理 2020, 37 (5): 603-611. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8108

摘要（371）

HTML （7）

PDF （3301KB）（1480）

基于第一性原理方法，探索M-Al-N（M=Ti，Zr，Hf）结构的稳定性，计算其力学性质.计算M-Al-N化合物的能量，发现除实验已知的结构Ti₂AlN和Ti₄AlN₃、Zr₂AlN、Hf₂AlN外，还存在两种新的热力学稳定结构Zr₄AlN₃、Hf₄AlN₃.弹性常数和声子谱的计算，表明这两个结构是力学稳定和晶格动力学稳定的.计算M₂AlN和M₄AlN₃的力学性质，发现它们具有高的体模量、剪切模量、弹性模量、维氏硬度等；分析其力学性质随组分比例、组成元素的变化规律，为该类材料的选择和应用提供理论依据.最后计算M₂AlN和M₄AlN₃的电子态密度和分态密度、电子密度分布、Mulliken群分析等.

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新型石墨插层化合物HfC₂结构与性质的第一性原理研究

谭俊华, 彭军辉

计算物理 2018, 35 (5): 613-618. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7718

摘要（415）

HTML （0）

PDF （4767KB）（1423）

在高压下，预测一种新型石墨插层化合物HfC₂.采用第一性原理方法对其在0 GPa下的结构和性质进行研究，分别采用GGA-PBESOL、GGA-PW91和LDA方法进行结构优化，得到的晶体学数据基本相同.弹性常数和声子谱计算证实其力学和晶格动力学稳定性，表明HfC₂在0 GPa下能够稳定存在.采用GGA-PBESOL方法计算得到HfC₂的体模量和剪切模量达到265 GPa和118 GPa，Pugh比k<0.57，是一种具有高体模量的韧性材料.HfC₂存在C-C、Hf-C共价作用，且具有金属特性和特殊层状结构，是其具有高体模量和韧性的原因.最后，对HfC₂在0~500 GPa内的键长、体模量、剪切模量、k值等进行研究，探索其力学性质随压力变化的规律.

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Ti-Al金属间化合物结构与性质的第一性原理模拟

谭俊华, 朱开金, 彭军辉

计算物理 2017, 34 (3): 365-373.

摘要（781）

HTML （4）

PDF （2403KB）（2023）

采用软件CASTEP模拟Ti-Al金属间化合物的晶体结构、力学性质和电子性质.分析在0 K、0 GPa时，Ti-Al存在的四种热力学稳定结构：TiAl₃、TiAl₂、TiAl、Ti₃Al，发现TiAl₃、TiAl₂、TiAl可以看作由Al的面心立方结构衍化而来，而Ti₃Al的结构与Ti相似，为密排六方结构.随着Ti摩尔分数的增加，TiAl₃、TiAl₂、TiAl、Ti₃Al的体模量相当，剪切模量和Vickers硬度逐渐减小；Pugh比k值也逐渐减小，表示韧性逐渐变好.最后对态密度、Mulliken布居分析等进行模拟，发现这四种结构Ti-Al键都具有金属性、共价性及弱的离子性.

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