本文選題：第一性原理　切入點(diǎn)：鈦　出處：《物理學(xué)報(bào)》2017年11期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：在材料領(lǐng)域雜質(zhì)原子的遷移是一個(gè)基礎(chǔ)而永恒的主題.采用基于密度泛函理論的第一性原理方法,研究了氧原子在α鈦(α-Ti)晶體中的間隙占位情況,并計(jì)算了氧原子穩(wěn)定占位點(diǎn)間隙能、電子態(tài)密度、電荷差分密度及其鄰近鈦原子的位移情況.采用基于過(guò)渡態(tài)搜索理論的CI-NEB(climbing image nudged elastic band)方法預(yù)測(cè)了穩(wěn)定態(tài)氧原子在α-Ti晶體中的擴(kuò)散路徑、擴(kuò)散勢(shì)壘及相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)頻率,并由此推算出氧原子在不同位點(diǎn)之間跳轉(zhuǎn)的擴(kuò)散系數(shù).研究結(jié)果表明,間隙氧原子在六角密排鈦晶體結(jié)構(gòu)中共有七種占位,但僅存在三個(gè)可穩(wěn)定占據(jù)的間隙位點(diǎn):八面體中心位點(diǎn)、六面體中心位點(diǎn)及0.28 nm鈦—鈦鍵中心位點(diǎn).各穩(wěn)定間隙位點(diǎn)之間的擴(kuò)散具有不對(duì)稱性,因此可確定三種穩(wěn)定間隙氧原子位點(diǎn)間存在七條獨(dú)立擴(kuò)散路徑.獲取計(jì)算不同路徑擴(kuò)散系數(shù)所需要的微觀參數(shù),包括擴(kuò)散勢(shì)壘、擴(kuò)散長(zhǎng)度、不同擴(kuò)散路徑上鞍點(diǎn)氧原子的跳轉(zhuǎn)頻率,最終預(yù)測(cè)了不同間隙位點(diǎn)之間氧原子的擴(kuò)散系數(shù)值,其中八面體中心擴(kuò)散到鄰近鍵位的擴(kuò)散系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值相符合.通過(guò)對(duì)間隙氧原子擴(kuò)散行為的深入了解,希望能對(duì)控制鈦合金中氧的擴(kuò)散、提高鈦金屬中氧的含量及相關(guān)研究提供基礎(chǔ)理論支持.
[Abstract]:The migration of impurity atoms in the field of materials is a fundamental and eternal subject. The gap occupation of oxygen atoms in 偽 -Ti crystals is studied by using the first-principle method based on density functional theory. The gap energy and electron density of states of oxygen atom are calculated. The CI-NEB(climbing image nudged elastic band method based on transition state search theory is used to predict the diffusion path, diffusion barrier and corresponding jump frequency of stable oxygen atoms in 偽 -Ti crystal. The diffusion coefficient of oxygen atoms jumping between different sites has been calculated. The results show that there are seven kinds of sites occupied by interstitial oxygen atoms in hexagonal dense titanium crystal structure. However, there are only three stable gap sites: octahedron central site, hexahedron central site and 0.28 nm Ti-Ti bond central site. Therefore, the existence of seven independent diffusion paths between three stable gap oxygen atom sites can be determined. The microscopic parameters needed to calculate the diffusion coefficients of different paths, including diffusion barrier, diffusion length, are obtained. Finally, the diffusion coefficient of oxygen atoms between different gap sites is predicted by the jump frequency of oxygen atoms at saddle points on different diffusion paths. The diffusion coefficient of octahedron center diffusion to the adjacent bond is in agreement with the experimental value. Through the deep understanding of the diffusion behavior of interstitial oxygen atoms, it is hoped that the diffusion of oxygen in titanium alloy can be controlled. Improving the content of oxygen in titanium metal and related research provide basic theoretical support.
【作者單位】： 南京理工大學(xué)化工學(xué)院;海南大學(xué)材料與化工學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):51361009) 海南大學(xué)青年基金(批準(zhǔn)號(hào):qnjj1239) 海南省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):20155216)資助的課題~~
【分類號(hào)】：O76;TG146.23

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本文編號(hào)：1577927