本文關(guān)鍵詞：碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料界面性質(zhì)理論研究

  更多相關(guān)文章： SiC/MgAl_2O_4/Al界面 表面 分離功 電子結(jié)構(gòu) 第一性原理

【摘要】：本文應(yīng)用基于密度泛函理論的第一性原理方法,對(duì)SiC增強(qiáng)Al基復(fù)合材料中的界面產(chǎn)物MgAl_2O_4的表面結(jié)構(gòu)、SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)界面、Al(001)/MgAl_2O_4(001)界面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。分別研究了不同終端結(jié)構(gòu)的MgAl_2O_4(111)表面結(jié)構(gòu)的弛豫結(jié)果、表面能、表面巨勢(shì)、電子結(jié)構(gòu)以及不同結(jié)合方式的SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)界面和MgAl_2O_4/Al界面結(jié)構(gòu)的弛豫結(jié)果、分離功、電子結(jié)構(gòu),全面的闡述了界面產(chǎn)物MgAl_2O_4自身性質(zhì)和異質(zhì)界面結(jié)合性能,解釋界面結(jié)合機(jī)制,為實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。第三章節(jié)首先研究了界面產(chǎn)物MgAl_2O_4與MgO、Al2O3晶體結(jié)構(gòu)以及電子結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系,MgAl_2O_4的帶隙寬度處于Al2O3和MgO之間,與MgO和Al2O3相比,MgAl_2O_4的導(dǎo)帶寬度變窄,電子傳輸能力相對(duì)MgO和Al2O3較弱。形成能為-0.20eV,說(shuō)明MgAl_2O_4可以由MgO和Al2O3合成。第四章節(jié)研究了MgAl_2O_4(111)表面性質(zhì),計(jì)算了8種MgAl_2O_4(111)表面結(jié)構(gòu)的弛豫、表面能、不同環(huán)境下的表面巨勢(shì)、表面結(jié)構(gòu)的分波態(tài)密度、原子電荷布局。計(jì)算結(jié)果表明:MgAl_2O_4(111)表面原子弛豫主要發(fā)生在表面3層原子,O2(Mg)和Al(O)終端表面有大的表面能,容易和其它化合物結(jié)合,也就是說(shuō)在其表面生長(zhǎng)化合物更容易。在貧O和貧Al環(huán)境中,Mg(Al)終端表面是最穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu),它的互補(bǔ)面O2(Al)終端表面在富O和富Al環(huán)境穩(wěn)定。MgAl_2O_4(111)近表面原子的態(tài)密度和原子布局與對(duì)應(yīng)的MgO(111)和Al2O3(001)表面結(jié)構(gòu)的原子的態(tài)密度和原子布局有相似的性質(zhì)。第五章節(jié)搭建了一系列SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)界面結(jié)構(gòu),分析了SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)界面的分離功、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、界面能和界面電子結(jié)構(gòu),結(jié)果表明:C/O(Mg)和Si/O(Mg)界面分別在C終端和Si終端界面中具有最大的分離功,C/O(Mg)界面結(jié)構(gòu)在所有界面結(jié)構(gòu)中是結(jié)合最穩(wěn)定的界面。而且不僅第一層原子種類影響界面結(jié)構(gòu)分離功的大小,第二層原子種類也能影響界面結(jié)構(gòu)分離功的大小,第一層原子對(duì)其的影響更大。電荷密度,差分電荷密度,態(tài)密度表明C/O(Mg)界面結(jié)構(gòu)的界面C和O原子形成了強(qiáng)烈的非極性共價(jià)鍵,Si/O(Mg)界面結(jié)構(gòu)的界面Si和O原子形成了相對(duì)弱的極性共價(jià)鍵和少量離子鍵。第六章節(jié)研究了Al(001)/MgAl_2O_4(001)界面結(jié)構(gòu)的分離功、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和界面電子結(jié)構(gòu)。研究表明:分離功都是隨界面距離的減小而增大,AlO/Al頂位界面結(jié)構(gòu)的分離功最大,是最穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu),而且界面原子重構(gòu)較為劇烈。AlO/Al頂位界面結(jié)構(gòu)在界面處形成了相互作用較強(qiáng)的共價(jià)鍵,而AlO/Al中心位,Mg/Al中心位和Mg/Al頂位結(jié)構(gòu)在界面處形成了較弱的離子鍵和金屬鍵。通過(guò)對(duì)SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)和MgAl_2O_4/Al兩種異質(zhì)界面的研究,我們發(fā)現(xiàn)SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)界面中的C終端C/O(Mg)界面有最大的分離功,高達(dá)13.48J/m2,Si終端的Si/Mg(Al)界面的分離功最小值為2.81J/m2,但是Al(001)/MgAl_2O_4(001)界面中的AlO/Al頂位界面的分離功有最大值只有2.54 J/m2。所以,在SiC顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合材料中,界面SiC/MgAl_2O_4/Al的結(jié)合強(qiáng)度主要是由Al(001)/MgAl_2O_4(001)界面決定。
【關(guān)鍵詞】：SiC/MgAl_2O_4/Al界面 表面 分離功 電子結(jié)構(gòu) 第一性原理
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB333
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 SiC增強(qiáng)Al基復(fù)合材料概述9-10
• 1.2 SiC/Al界面及界面產(chǎn)物研究背景及現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文選題意義和目的12
• 1.4 本論文研究的思路與方法12-14
• 第二章 第一性原理14-21
• 2.1 密度泛函理論14-20
• 2.1.1 多電子體系薛定諤方程14-15
• 2.1.2 兩個(gè)近似15-16
• 2.1.3 Hohenberg-Kohn定理16-17
• 2.1.4 Kohn-Sham定理17
• 2.1.5 交換-關(guān)聯(lián)泛函17-18
• 2.1.6 平面波及贗勢(shì)方法18-20
• 2.2 優(yōu)化參數(shù)20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第三章 MgAl_2O_4塊體性質(zhì)21-24
• 3.1 塊體結(jié)構(gòu)21-22
• 3.2 塊體電子結(jié)構(gòu)22-23
• 3.3 本章小結(jié)23-24
• 第四章 MgAl_2O_4(111)不同終端表面的電子性質(zhì)及穩(wěn)定性24-37
• 4.1 表面模型24-25
• 4.2 表面弛豫25-28
• 4.3 表面能28-29
• 4.4 表面巨勢(shì)29-32
• 4.5 表面電子結(jié)構(gòu)32-36
• 4.6 本章小結(jié)36-37
• 第五章 SiC(0001)/MgAl_2O_4(111)界面電子性質(zhì)及穩(wěn)定性37-48
• 5.1 界面結(jié)構(gòu)37-40
• 5.2 界面分離功40-42
• 5.3 界面弛豫42-43
• 5.4 界面電子結(jié)構(gòu)43-47
• 5.5 本章小結(jié)47-48
• 第六章 Al(001)/MgAl_2O_4(001)界面電子性質(zhì)及穩(wěn)定性48-56
• 6.1 界面結(jié)構(gòu)搭建48-49
• 6.2 界面分離功49-51
• 6.3 界面弛豫51-52
• 6.4 界面電子結(jié)構(gòu)52-55
• 6.5 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67

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