本文選題：高壓 + 固態(tài)氟��； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：雙原子分子晶體(H_2,N_2,O_2,F_2,Cl_2,Br_2,I_2)的高壓性質(zhì)一直是物理和化學(xué)界乃至地球和行星科學(xué)系長(zhǎng)期關(guān)注的體系。其中,由于金屬氫具有非常重要的意義,關(guān)于固態(tài)氫的高壓理論和實(shí)驗(yàn)的研究就一直是高壓科學(xué)研究的重點(diǎn)問題。然而因?yàn)闅浞肿觾?nèi)部的共價(jià)鍵和零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)均較強(qiáng),實(shí)驗(yàn)上至今未觀測(cè)到固態(tài)氫的金屬化現(xiàn)象。因此人們轉(zhuǎn)向與固態(tài)氫類似的分子晶體體系,如鹵族元素,以期獲得研究金屬氫的規(guī)律。本文以氫、氟、碘三種典型的雙原子分子晶體為研究目標(biāo),用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法對(duì)這三種體系的高壓行為進(jìn)行研究,希望對(duì)金屬氫的研究有所啟示。固態(tài)氫的高壓理論和實(shí)驗(yàn)的研究已經(jīng)相當(dāng)多,但是也存在很多的爭(zhēng)議,如氫的金屬化現(xiàn)象。除此之外,目前高壓理論研究提出很多固態(tài)氫的候選結(jié)構(gòu),但是只有氫的I相被X光直接證實(shí),其他各相均沒有直接的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)�；诖�,我們考慮了不同贗勢(shì)和有無范德瓦耳斯力的影響對(duì)已經(jīng)報(bào)道的固態(tài)氫的多個(gè)結(jié)構(gòu)采用CASTEP軟件包進(jìn)行幾何優(yōu)化,得到了固態(tài)氫分別在超軟贗勢(shì)考慮范德瓦耳斯力、超軟贗勢(shì)不考慮范德瓦耳斯力、模守恒贗勢(shì)考慮范德瓦耳斯力、模守恒贗勢(shì)不考慮范德瓦耳斯力這四種情況下的相圖和相序。氟作為鹵族元素的第一個(gè)元素和第一行可以形成雙原子分子晶體的最后一個(gè)元素,與固態(tài)氫有很多相似之處。我們采用ELoc R軟件對(duì)固態(tài)氟的晶體結(jié)構(gòu)在0-100 GPa進(jìn)行搜索。確定了低溫常壓下固態(tài)氟比較好的候選結(jié)構(gòu)C2/c,提出一個(gè)高壓新相Cmca。對(duì)C2/c和Cmca結(jié)構(gòu)進(jìn)行的電子性質(zhì)計(jì)算表明這兩個(gè)結(jié)構(gòu)均為絕緣相。最后計(jì)算了C2/c和Cmca結(jié)構(gòu)分別在1 GPa和20 GPa下的紅外和拉曼,希望能為以后固態(tài)氟的實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。當(dāng)前不論是理論還是實(shí)驗(yàn)對(duì)固態(tài)碘的研究已經(jīng)相當(dāng)充分,在理論和實(shí)驗(yàn)方面都發(fā)現(xiàn)了固態(tài)碘的金屬化和壓致解離等現(xiàn)象。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)的報(bào)道,我們總結(jié)了固態(tài)碘的相序,并且優(yōu)化了已經(jīng)報(bào)道的Cmca和C2/m結(jié)構(gòu)。15 GPa時(shí),這兩個(gè)結(jié)構(gòu)均滿足力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性,且C2/m結(jié)構(gòu)是金屬相。其中C2/m結(jié)構(gòu)有兩種不同的分子內(nèi)共價(jià)鍵長(zhǎng),且隨壓力的增加有分解的趨勢(shì)。我們認(rèn)為這種具有不同分子內(nèi)鍵長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)金屬化和分子解離的發(fā)生。
[Abstract]:The high-pressure properties of the diatomic molecular crystal H2S / N2S / O / T / 2F / T / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C / C Since metal hydrogen is of great significance, the research on high pressure theory and experiment of solid hydrogen has always been a key issue in high pressure science. However, the metallization of solid hydrogen has not been observed so far because of the strong covalent bond and zero point motion in the hydrogen molecule. Therefore, people turn to molecular crystal systems similar to solid hydrogen, such as halogen elements, in order to obtain the law of studying metal hydrogen. In this paper, three typical diatomic molecular crystals, hydrogen, fluorine and iodine, are used to study the high-pressure behavior of these three systems by using the first-principle calculation method based on the density functional theory. The high pressure theory and experiment of solid hydrogen have been studied much, but there are still many controversies, such as the metallization of hydrogen. In addition, many candidate structures of solid hydrogen have been proposed by high pressure theory, but only phase I of hydrogen has been confirmed directly by X-ray, and no direct experimental data have been obtained for the other phases. Based on this, we consider the effects of different pseudopotentials and Van der Waals forces on the geometry optimization of reported structures of solid hydrogen using CASTEP software package, and obtain that the van der Waals force of solid hydrogen is considered in super-soft pseudopotential respectively. The super soft pseudopotential does not consider van der Waals force, and the modulus conservation pseudopotential does not consider the phase diagram and phase order of the four cases. As the first element and the first line of halogen elements, fluorine can form the last element of diatomic molecular crystal, which has many similarities with solid hydrogen. We used ELoc R software to search for the crystal structure of solid fluorine at 0-100 GPa. The candidate structure C _ 2 / c for solid fluorine was determined at low temperature and atmospheric pressure, and a new high-pressure phase C _ (mcaa) was proposed. The calculation of the electronic properties of C _ 2 / c and Cmca structures shows that the two structures are insulating phase. Finally, the infrared and Raman spectra of C _ 2 / c and Cmca structures at 1 GPa and 20 GPa were calculated, respectively, in the hope of providing a theoretical basis for the experiment of solid fluorine in the future. At present, both theoretical and experimental studies on solid iodine have been fully studied. Metallization and pressure-induced dissociation of solid iodine have been found in both theory and experiment. According to the theoretical and experimental reports, we summarize the phase order of solid iodine, and optimize the reported structure of Cmca and C _ 2 / m. 15 GPa, the two structures satisfy the mechanical and kinetic stability, and C _ 2 / m structure is a metallic phase. The C _ 2 / m structure has two different intramolecular covalent bond lengths and has a tendency to decompose with the increase of pressure. We believe that this structure with different intramolecular bond lengths can facilitate metallization and molecular dissociation.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O521.2

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本文編號(hào)：1828865