本文選題：電子功函數 + 表面能�。� 參考：《中國科學技術大學》2016年博士論文

【摘要】：表面電化學是一個復雜的課題,它包括催化、氧化、吸附、腐蝕、場電子發(fā)射等一系列現象,一直是科學家們研究的一個熱點。電化學現象一般伴隨著電子的轉移和流動,是一個陰極得電子陽極失電子的氧化還原過程。我們從與得失電子密切相關的物理量-電子功函數入手,利用第一原理密度泛函的方法,研究材料的電化學腐蝕和場激發(fā)性質。通過材料束縛電子能力來說明材料表面的電化學活性,從微觀上揭示電化學現象發(fā)生的原因和趨勢。本論文主要研究內容分為如下三部分：(1)鋁合金中經常會引入一些第二相來改善其性能,第二相顆粒由于和鋁基體的電位差不同,將會對鋁合金的局部腐蝕產生重大的影響。為了揭示鋁合金腐蝕的物理本質,本文以2xxx和7xxx鋁合金中常見的第二相顆粒為例,詳細計算了鋁合金中一些主要第二相(Al2Cu、Al3Ti和Al7Cu2Fe)的多種晶面的電子功函數,分析了電子從各個晶面逸出的難易,求得了第二相與Al基體的本征電勢差。我們發(fā)現不同的晶面暴露在合金最外層時會顯著地影響本征電勢差；即便是同晶面,暴露在最外層的原子種類和構型不同,對腐蝕的影響也不一樣,從電子的層面解釋了電偶腐蝕發(fā)生的原因。本項利用片層(Slab)模型來研究鋁合金表面腐蝕的成功事例,為從理論上研究其它合金的電偶腐蝕現象提供了一種可參考的方法。(2)材料表面由于直接和外界環(huán)境接觸,其性質有時對整個材料的性能起著決定性的作用。電子功函數和表面能作為衡量材料表面性質的兩個重要物理量,與表面的穩(wěn)定、晶體的生長、晶界的形成、元素的偏聚等重要表面現象密切相關。材料表面本身具有各向異性,各種加工鍛造手段使得材料表面的構成更加的復雜。因此,僅僅掌握和依靠少數幾個密排面的電子功函數和表面能,不足以全面地闡明表面的性質。鑒于此,我們利用第一原理密度泛函的方法詳盡地計算了元素周期表中19種主要體心(bcc)和面心(fcc)立方晶體的六種主要密排面的電子功函數和表面能,建立起了初步的數據庫。并通過分析,得出電子功函數和表面能呈現粗糙的反比關系。(3)過渡族金屬元素碳化物,尤其是HfC,由于具有高熔點、耐腐蝕和電子功函數低等優(yōu)點,作為潛在場致電子發(fā)射材料受到了越來越多的關注。全面揭示和研究HfC材料的表面性質,對于了解其場發(fā)射性能至關重要。為此我們計算了其多個表面的電子功函數和表面能,分析了其表面得失電子的能力和穩(wěn)定性。由于HfC為化合物,如何求解其極性表面(111)和(311)面的表面能是理論計算的一個難點,我們提出了一種新的方法來衡量其不同終結面的穩(wěn)定性。另外,場致電子發(fā)射材料在應用的過程中,不可避免地會受到一些小分子吸附的影響。這些小分子的吸附會顯著地改變表面的性質。我們討論了氧原子在HfC(111)表面不同覆蓋率下的吸附問題,發(fā)現當覆蓋率低時,氧原子的吸附會使表面電子功函數反常降低,并利用Roman等提出的模型分析了電子功函數降低的原因。
[Abstract]:Surface electrochemistry is a complex subject , including catalysis , oxidation , adsorption , corrosion , field electron emission , etc .
The electron work function and the surface energy of the surface energy of the alloy are studied by means of the first principle density functional method .
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21;TG111

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本文編號：1975514