Ni-Al2O3界面相互作用的第一性原理研究.pdf

1、陶瓷連接中普遍涉及金屬/陶瓷界面的研究問題，但固-固界面具有較高的復(fù)雜性，這對固-固界面的微觀作用機(jī)制的研究造成了極大的困難。本文圍繞 Ni/Al2O3界面展開第一性原理計算，研究了Ni/Al2O3界面匹配關(guān)系、界面穩(wěn)定性、界面結(jié)合強(qiáng)度及界面原子的電子結(jié)構(gòu)特性，為理解焊接過程中界面結(jié)合機(jī)制，解決相關(guān)問題提供理論依據(jù)。
　　首先計算了Ni和α-Al2O3塊體及其表面的電子結(jié)構(gòu)特性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明Ni塊體為金屬晶體，幾個低指數(shù)表面中

2、 Ni(111)表面最穩(wěn)定。α-Al2O3中 O與 Al以離子鍵結(jié)合，單層Al終端的α-Al2O3(0001)表面的表面能最低。態(tài)密度分析表明表面效應(yīng)主要是由最外層原子引起的，對內(nèi)層原子影響較小。
　　其次研究了幾種不同匹配的Ni(111)/α-Al2O3(0001)界面模型，結(jié)果表明M2界面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，氧終端界面比鋁終端界面的界面解離能和界面吸附能的絕對值更大，M1(O)界面結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。對M1(O)進(jìn)行差分電荷密度分析可知界面有

3、大量電子由Al周圍轉(zhuǎn)移到O周圍，形成離子鍵，使界面具有較高的強(qiáng)度。根據(jù)態(tài)密度圖分析界面效應(yīng)對界面附近原子的影響，界面效應(yīng)對內(nèi)層原子影響較小，電子轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在界面附近原子之間。
　　在α-Al2O3(0001)表面對2nm和30nm兩種厚度的鎳膜進(jìn)行去潤濕實驗，有接近球形的多面體Ni單晶產(chǎn)生，且鎳膜越厚，產(chǎn)生的Ni單晶直徑越大。TEM分析表明實際結(jié)合界面為 Ni(111)/α-Al2O3(0001)，界面匹配為[1110]Ni‖[