本文關鍵詞：TiN材料電子結構和力學性能的第一原理計算，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 近年來,基于密度泛函理論的第一原理(First-principle)計算方法得到了很大的發(fā)展。目前,大量的計算程序被廣泛用于自然科學的各個領域,包括凝聚態(tài)物理、材料科學、計算機科學、地質、化學和生物學等。第一原理計算方法已經成為科學研究中的一個常用的手段。 氮化鈦(TiN)是一種新型陶瓷材料,因為其具有高強度、高硬度等優(yōu)異性能而有著非常廣泛的應用,也因此引起了國內外對TiN的廣泛研究。國際上已經有不少人用VASP對包括TiN在內的過渡金屬化合物的電子結構和力學性能計算并進行了理論分析,而在國內關于TiN性能的計算并不多。 在本文中,我們采用了基于密度泛函理論和廣義梯度近似的第一性原理計算方法,運用VASP軟件包對TiN的電子結構和力學性能進行了計算研究。我們對TiN的晶格常數作了優(yōu)化,得到優(yōu)化后的晶格常數為4.26(?),比實驗值大了0.02(?),誤差僅為0.5%,與實驗值符合得非常好;畫出了能帶結構圖和和態(tài)密度圖,通過對兩個圖的分析驗證了TiN是金屬的這一結論,并且得出TiN的金屬特性主要是由Ti元素的3d電子所決定的這個結論;計算了晶體的結合能和彈性常數:結合能為14.08 eV,剪切模量、體積模量和彈性模量的值分別為211.84 GPa,2.79 Mbar,507.16GPa,這些結果與實驗值及已有的用不同計算方法(如FLAPW-GGA,FLAPW,LMTO-ASA等)得到的結果基本一致,其中體積模量值稍微偏小,剪切模量值稍微偏大的結果是密度泛函理論方法本身的局限性造成的;TiN的體積模量值與金剛石的相比要小的多,卻有著很高的硬度,這一矛盾的現(xiàn)象要求我們對TiN微觀結構進行進一步的探討。
【關鍵詞】：氮化鈦 能帶結構 態(tài)密度 彈性常數 硬度
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TQ174.75
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 引言10-12
• 1.2 密度泛函理論12-18
• 1.2.1 Hohenberg-Kohn定理12-13
• 1.2.2 Kohn-Sham方程13-15
• 1.2.3 交換關聯(lián)能泛函的簡化15-16
• 1.2.4 局域密度近似的局限和改進16-17
• 1.2.5 廣義梯度近似(GGA)17-18
• 2 VASP軟件介紹18-30
• 2.1 VASP程序的優(yōu)點和功能18-19
• 2.2 VASP程序相關理論19-22
• 2.2.1 基組19
• 2.2.2 贗勢理論19-21
• 2.2.3 超軟贗勢(US-PP)21
• 2.2.4 投影擴充波(PAW)方法21-22
• 2.3 VASP程序的主要輸入文件22-24
• 2.3.1 INCAR文件22-23
• 2.3.2 POTCAR文件23
• 2.3.3 POSCAR文件23
• 2.3.4 KPOINTS文件23-24
• 2.4 VASP程序的主要輸出文件24-25
• 2.4.1 OUTCAR文件24
• 2.4.2 CHG和CHGCAR文件24
• 2.4.3 DOSCAR和EIGENVAL文件24-25
• 2.4.4 其他文件25
• 2.5 VASP計算實例25-30
• 2.5.1 Cu(100)表面水分子的吸附25
• 2.5.2 硅基體內熱施主的形成25-27
• 2.5.3 計算晶體硅能帶實例27-30
• 3 用VASP軟件對TiN電子結構的研究30-38
• 3.1 引言30-31
• 3.2 平衡晶格常數31-33
• 3.3 能帶結構及態(tài)密度33-36
• 3.3.1 能帶理論33-34
• 3.3.2 能帶結構及態(tài)密度的計算34-36
• 3.4 結合能36-38
• 4 用VASP軟件對TiN力學性能的研究38-44
• 4.1 材料的彈性常數38-39
• 4.2 計算原理39-40
• 4.3 具體計算過程40-42
• 4.4 硬度與彈性常數42-43
• 4.5 完整超胞及有空位情況的計算43-44
• 5 結論44-45
• 參考文獻45-48
• 附錄 A48-50
• 附錄 B50-53
• 作者簡歷53-55
• 學位論文數據集55

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前3條

1 熊志華,孫振輝,雷敏生;基于密度泛函理論的第一性原理贗勢法[J];江西科學;2005年01期

2 孔明;岳建嶺;李戈揚;;納米多層膜中的非晶晶化與超硬效應[J];無機材料學報;2006年06期

3 胡曉萍,董云杉,孔明,李戈揚,顧明元;TiN/Si_3N_4納米多層膜的生長結構與超硬效應[J];真空科學與技術學報;2005年04期

  本文關鍵詞：TiN材料電子結構和力學性能的第一原理計算，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：333613