【摘要】：近年來(lái),釷的化合物由于被認(rèn)為是第四代反應(yīng)堆的潛在核燃料而備受關(guān)注。清楚地了解釷化合物在核燃料循環(huán)的各個(gè)階段中的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),對(duì)于開(kāi)發(fā)和利用釷燃料是至關(guān)重要的。在本論文中,我們選取了兩種釷化物(ThBC和ThP),采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算研究了它們的物理性質(zhì)。對(duì)于ThBC體系,我們著重研究了它的力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì);對(duì)于Th-P體系,我們系統(tǒng)研究了它在高壓下的結(jié)構(gòu)相變和物理性質(zhì)。通過(guò)基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算,我們對(duì)ThBC的力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。我們系統(tǒng)地分析了ThBC的平衡幾何結(jié)構(gòu)、彈性剛度常數(shù)、力學(xué)模量、泊松比、彈性波速和德拜溫度。結(jié)果表明ThBC具有延展性。定向的楊氏模量E、體積模量B和幾個(gè)力學(xué)各向異性因子說(shuō)明了ThBC的力學(xué)各向異性。在拉伸應(yīng)變下,ThBC沿[111]方向易滑移,理想強(qiáng)度為5.7 GPa。在切應(yīng)變下,ThBC中沿(111)面的[1-10]方向易發(fā)生斷裂。聲子計(jì)算結(jié)果揭示了ThBC的熱力學(xué)穩(wěn)定性,這與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果一致。在準(zhǔn)簡(jiǎn)諧波近似下,我們計(jì)算了ThBC的亥姆霍茲自由能,熵和熱容。利用結(jié)構(gòu)搜索和第一性原理計(jì)算,我們研究了在壓強(qiáng)下Th-P體系的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并建立了相圖。除了實(shí)驗(yàn)上已知的三種結(jié)構(gòu),即ThP、Th_3P_4和Th_(12)P,我們?cè)诓煌瑝簭?qiáng)下發(fā)現(xiàn)了多達(dá)十種穩(wěn)定的釷磷化物,包括七種富磷結(jié)構(gòu)(ThP_9、ThP_5、Th_2P_7、ThP_3、ThP_2、Th_3P_5和Th_2P_3)和三種富釷結(jié)構(gòu)(Th_3P_2、Th_9P_2 and Th_(12)P)。焓-壓圖說(shuō)明ThP在22.43 GPa從Fm-3m相轉(zhuǎn)變?yōu)镻m-3m相。在富磷化合物的晶體結(jié)構(gòu)中,P原子之間的結(jié)合呈現(xiàn)出多種形式。這些結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度與P含量之間密切相關(guān)。在25 GPa下,我們發(fā)現(xiàn)Th_4P_3的新結(jié)構(gòu)與Th_3P_4的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)互為反結(jié)構(gòu)。然而,Th原子的含量決定了富釷化合物的晶體結(jié)構(gòu)中多面體的復(fù)雜性。綜上所述,ThBC和Th-P體系的理論研究為后續(xù)的Th-P體系物理性質(zhì)和其他釷非金屬化合物的系統(tǒng)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：煙臺(tái)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O614.42;TL243
【圖文】：

2C 的晶體結(jié)構(gòu)。綠色大球、綠色小球、棕色小球分別代表 Th、B 的晶體結(jié)構(gòu)屬于上面提到的第一類(lèi)[10]。如圖 1.1 所示，硼格與金屬原子層交替排布，單胞中 B 原子構(gòu)成的六元環(huán)構(gòu)與電子方面的性質(zhì)密切相關(guān)。ThB2C 的二維金屬元素網(wǎng)(sp2) C(sp) B(sp2)結(jié)構(gòu)單元組成的。在晶體結(jié)構(gòu)中，相說(shuō)明 B-C 雙鍵的特點(diǎn)[17]。而 B-C 雙鍵可以用一般的(Th2+解釋。然而，這種形式的電荷與兩個(gè) B(sp2)原子共面是不電子的(B2C)2-重復(fù)單元與丙二烯是等電子的，因此可以采替，其中 B 配位的平面之間是互相垂直的。因此，可以由基于類(lèi)丙二烯的(B2C)2-的部分構(gòu)成的。種角度來(lái)看 ThB2C 的 B-C 網(wǎng)格，它是將分離的無(wú)線(xiàn)鋸齒，它們之間由 C 原子來(lái)連接。因?yàn)?Th 具有+4 價(jià)的氧化更好地描述 ThBC 中 B-C-B 重復(fù)單元中 B(sp2)原子的共

綠色大球、綠色小球、棕色小球分別代表代子。h3B2C3的晶體結(jié)構(gòu)都屬于上文中的第二類(lèi)，晶體金屬原子構(gòu)成一個(gè)三棱柱，沿通過(guò)正方形側(cè)面的一個(gè)方向壓縮，形成無(wú)限二維平面。B 原子位于是由相互分離的無(wú)限鋸齒鏈形成的，鋸齒鏈的支立了 Th-B-C 三元體系的等溫截面，并通過(guò)分析硼 Th3B2C3的晶體結(jié)構(gòu)可以在形式上看成 ThBC 和B2C3=2ThBC+ThC。在 Th3B2C3中，B-B 的平均為 1.55 ，而在 ThBC 中，B-B 的平均鍵長(zhǎng)也是4 。從這一角度也可以看出，Th3B2C3和 ThBC晶體結(jié)構(gòu)是一種新的獨(dú)一無(wú)二的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，碳原

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本文編號(hào)：2713412