本文關(guān)鍵詞：鋯鉿及鋯氫二元體系高溫高壓性質(zhì)理論研究

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【摘要】：鋯(Zr)由于擁有耐腐蝕特性和較小的中子俘獲截面,其合金廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)和核工業(yè)中。本工作采用基于密度泛函(DFT)理論的第一性原理計算方法,研究了ZrHf合金的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)；此外,計算了高壓下ZrH2的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、聲子譜和熱力學(xué)性質(zhì),為今后核工業(yè)中Zr基合金的設(shè)計和應(yīng)用提供了理論數(shù)據(jù)。主要結(jié)論如下：一、研究了不同有序、無序結(jié)構(gòu)下ZrHf合金的晶體結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、聲子譜、熱力學(xué)性質(zhì)和相穩(wěn)定性。結(jié)果表明：ZrHf的有序或無序結(jié)構(gòu)均可以穩(wěn)定存在于合金中,且各個有序、無序結(jié)構(gòu)之間幾乎不會發(fā)生自發(fā)的相變；證明ZrHf合金的性質(zhì)與原子的排布方式無關(guān),其各種結(jié)構(gòu)下的性質(zhì)在數(shù)值上均接近Zr與Hf的算術(shù)平均數(shù)。二、研究了ε相Zrn2在高壓下的理論性質(zhì),包括晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、聲子譜和熱力學(xué)性質(zhì)。高壓下Jahn-Teller效應(yīng)對合金的影響更為強烈,導(dǎo)致合金在高壓下會沿著c軸發(fā)生更大程度的壓縮,并且這些經(jīng)過壓縮的結(jié)構(gòu)均是穩(wěn)定結(jié)構(gòu);同時,高壓還使得ZrH2費米能級以下的電子產(chǎn)生了更強的軌道雜化,并嚴重影響了贗能隙；Zr和H特殊的振動性質(zhì)使得熱容不同于傳統(tǒng)材料,在隨溫度的上升過程中,出現(xiàn)了“臺階”,并且在1000K的溫度仍未達到熱容的理論上限。
【關(guān)鍵詞】：第一性原理 鋯鉿 鋯氫 晶體結(jié)構(gòu) 聲子譜 熱力學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.414
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 Zr基合金的研究背景14-18
• 1.1.1 Zr的簡介和應(yīng)用14-15
• 1.1.2 ZrHf合金的研究現(xiàn)狀和意義15-17
• 1.1.3 ZrH_2氫化物的研究現(xiàn)狀和意義17-18
• 1.2 本論文的主要工作18-20
• 1.2.1 ZrHf合金結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究18-19
• 1.2.2 ZrH_2氫化物結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究19-20
• 第二章 第一性原理及計算方法介紹20-34
• 2.1 第一性原理及相關(guān)理論介紹20-24
• 2.1.1 第一性原理簡介20-21
• 2.1.2 多體系統(tǒng)及絕熱近似21-22
• 2.1.3 Hatree-Fock近似22
• 2.1.4 密度泛函理論22-24
• 2.2 力學(xué)性質(zhì)計算方法介紹24-26
• 2.2.1 相關(guān)計算理論24-25
• 2.2.2 晶體彈性常數(shù)的計算方法25-26
• 2.3 聲子及熱力學(xué)性質(zhì)計算方法介紹26-28
• 2.3.1 聲子相關(guān)理論26-27
• 2.3.2 熱力學(xué)性質(zhì)的計算27-28
• 2.4 第一性原理計算軟件和計算流程28-34
• 2.4.1 VASP軟件包簡介28-29
• 2.4.2 PHONOPY軟件介紹29-30
• 2.4.3 晶體的第一性原理研究計算流程30-34
• 第三章 ZrHf合金的第一性原理計算34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 模型和計算細節(jié)34-39
• 3.2.1 ZrHf合金的有序結(jié)構(gòu)34-35
• 3.2.2 ZrHf合金的SQS模型35-38
• 3.2.3 ZrHf合金的計算參數(shù)和收斂性測試38-39
• 3.3 計算結(jié)果討論39-46
• 3.3.1 ZrHf合金的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)39-42
• 3.3.2 ZrHf合金的聲子及熱力學(xué)性質(zhì)42-45
• 3.3.3 ZrHf合金的相穩(wěn)定性45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第四章 鋯的氫化物——ZrH_2的理論研究48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 模型和計算細節(jié)48-52
• 4.2.1 ZrH_2的ε相48-49
• 4.2.2 ZrH_2的計算參數(shù)和收斂性測試49-52
• 4.3 計算結(jié)果討論52-60
• 4.3.1 ZrH_2的高壓結(jié)構(gòu)52-55
• 4.3.2 ZrH_2的電子態(tài)密度55-56
• 4.3.3 ZrH_2的聲子及熱力學(xué)性質(zhì)56-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 結(jié)論62-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67-68
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-69
• 導(dǎo)師簡介69
• 作者簡介69-70
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書70-71

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張新宇;馬明臻;梁順興;張素紅;劉日平;;新型鋯合金設(shè)計與強韌化研究進展[J];燕山大學(xué)學(xué)報;2014年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄭健;鋯合金中的氫氦行為研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 孫娜;ZrBe_2和ZrZn_2(HfZn_2)的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)的第一性原理研究[D];燕山大學(xué);2014年

2 楊文強;固體氧化物燃料電池La_(1-x)Sr_xCo_(1-y)Fe_yO_(3-δ)陰極性能改進的第一性原理研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

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本文編號：669378