本文關(guān)鍵詞：TiN材料電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的第一原理計(jì)算，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 近年來(lái),基于密度泛函理論的第一原理(First-principle)計(jì)算方法得到了很大的發(fā)展。目前,大量的計(jì)算程序被廣泛用于自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,包括凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地質(zhì)、化學(xué)和生物學(xué)等。第一原理計(jì)算方法已經(jīng)成為科學(xué)研究中的一個(gè)常用的手段。 氮化鈦(TiN)是一種新型陶瓷材料,因?yàn)槠渚哂懈邚?qiáng)度、高硬度等優(yōu)異性能而有著非常廣泛的應(yīng)用,也因此引起了國(guó)內(nèi)外對(duì)TiN的廣泛研究。國(guó)際上已經(jīng)有不少人用VASP對(duì)包括TiN在內(nèi)的過(guò)渡金屬化合物的電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能計(jì)算并進(jìn)行了理論分析,而在國(guó)內(nèi)關(guān)于TiN性能的計(jì)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(jì)算方法,運(yùn)用VASP軟件包對(duì)TiN的電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算研究。我們對(duì)TiN的晶格常數(shù)作了優(yōu)化,得到優(yōu)化后的晶格常數(shù)為4.26(?),比實(shí)驗(yàn)值大了0.02(?),誤差僅為0.5%,與實(shí)驗(yàn)值符合得非常好;畫(huà)出了能帶結(jié)構(gòu)圖和和態(tài)密度圖,通過(guò)對(duì)兩個(gè)圖的分析驗(yàn)證了TiN是金屬的這一結(jié)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(gè)結(jié)論;計(jì)算了晶體的結(jié)合能和彈性常數(shù):結(jié)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(jié)果與實(shí)驗(yàn)值及已有的用不同計(jì)算方法(如FLAPW-GGA,FLAPW,LMTO-ASA等)得到的結(jié)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(jié)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(duì)TiN微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的探討。
【關(guān)鍵詞】：氮化鈦 能帶結(jié)構(gòu) 態(tài)密度 彈性常數(shù) 硬度
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：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(guān)聯(lián)能泛函的簡(jiǎn)化15-16
• 1.2.4 局域密度近似的局限和改進(jìn)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(diǎn)和功能18-19
• 2.2 VASP程序相關(guān)理論19-22
• 2.2.1 基組19
• 2.2.2 贗勢(shì)理論19-21
• 2.2.3 超軟贗勢(shì)(US-PP)21
• 2.2.4 投影擴(kuò)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(jì)算實(shí)例25-30
• 2.5.1 Cu(100)表面水分子的吸附25
• 2.5.2 硅基體內(nèi)熱施主的形成25-27
• 2.5.3 計(jì)算晶體硅能帶實(shí)例27-30
• 3 用VASP軟件對(duì)TiN電子結(jié)構(gòu)的研究30-38
• 3.1 引言30-31
• 3.2 平衡晶格常數(shù)31-33
• 3.3 能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度33-36
• 3.3.1 能帶理論33-34
• 3.3.2 能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度的計(jì)算34-36
• 3.4 結(jié)合能36-38
• 4 用VASP軟件對(duì)TiN力學(xué)性能的研究38-44
• 4.1 材料的彈性常數(shù)38-39
• 4.2 計(jì)算原理39-40
• 4.3 具體計(jì)算過(guò)程40-42
• 4.4 硬度與彈性常數(shù)42-43
• 4.5 完整超胞及有空位情況的計(jì)算43-44
• 5 結(jié)論44-45
• 參考文獻(xiàn)45-48
• 附錄 A48-50
• 附錄 B50-53
• 作者簡(jiǎn)歷53-55
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集55

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 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(shì)法[J];江西科學(xué);2005年01期

2 孔明;岳建嶺;李戈揚(yáng);;納米多層膜中的非晶晶化與超硬效應(yīng)[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2006年06期

3 胡曉萍,董云杉,孔明,李戈揚(yáng),顧明元;TiN/Si_3N_4納米多層膜的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)與超硬效應(yīng)[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2005年04期

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本文編號(hào)：333613