合金熔體局域結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)及從頭算研究.pdf

1、X-射線衍射技術(shù)是研究高溫合金熔體結(jié)構(gòu)的重要方法,但它把合金熔體的三維結(jié)構(gòu)投影到一維上去,只能給出總的結(jié)構(gòu)因子和雙體相關(guān)函數(shù)。因此,詳細(xì)描述合金熔體的結(jié)構(gòu)特征還需要其它的補(bǔ)充方法來得到偏結(jié)構(gòu)參數(shù),而其中之一就是最近二十年發(fā)展起來的從頭算分子動(dòng)力學(xué)理論。本文將X-射線衍射技術(shù)和從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬方法有機(jī)地結(jié)合起來,研究了工業(yè)合金Fe-Si和Fe-C的熔體結(jié)構(gòu),探討了Fe-Si熔體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與成分的關(guān)系及其電子結(jié)構(gòu)性質(zhì),給出了共晶成分的F

2、e-C熔體的局域結(jié)構(gòu)特征。使用從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬方法并結(jié)合已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究了Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體GaSb和InSb的液態(tài)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及電子結(jié)構(gòu)；GaSb液態(tài)結(jié)構(gòu)隨溫度及壓強(qiáng)的變化規(guī)律。本文的主要內(nèi)容如下： 由于實(shí)驗(yàn)上的困難,關(guān)于Fe-Si合金熔體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究沒有給出可靠的偏結(jié)構(gòu)參數(shù)。本文研究了多個(gè)成分的Fe-Si合金熔體的結(jié)構(gòu),系統(tǒng)地給出了Fe-Si合金熔體的結(jié)構(gòu)參數(shù)隨成份的變化規(guī)律,并以此為依據(jù)將Fe-Si熔體隨成分的變化劃分為四

3、個(gè)區(qū)間。第一次使用從頭算方法研究了Fe-Si熔體的電子結(jié)構(gòu),結(jié)果表明Fe-Si熔體中異類原子間較強(qiáng)的相互作用來源于Fe(3d)與Si(3p)的軌道雜化。由Fe-Si熔體的電子結(jié)構(gòu)分析可以預(yù)言：當(dāng)Si含量超過70.0at.%時(shí),Fe-Si熔體中含有Si-Si共價(jià)鍵。 早期關(guān)于Fe-C合金熔體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究主要集中于考察其總結(jié)構(gòu)參數(shù),而沒有給出Fe-C合金熔體局域結(jié)構(gòu)的特征。本文研究了共晶成分的Fe-C合金熔體的結(jié)構(gòu)。給出了共晶Fe-C合金

4、熔體的偏結(jié)構(gòu)參數(shù),發(fā)現(xiàn)在Fe-C熔體中異類原子間存在較強(qiáng)的相互作用；C原子的第一近鄰幾乎全由Fe原子組成,而C原子則在較大尺寸上存在相關(guān)性。系統(tǒng)地研究了共晶Fe-C熔體和Fe3C晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)性,首次給出了Fe-C熔體和Fe3C晶體結(jié)構(gòu)中C周圍Fe原子的局域結(jié)構(gòu)具有相似性的證據(jù)。電子結(jié)構(gòu)的研究表明,Fe-C熔體結(jié)構(gòu)中,異類原子間較強(qiáng)的相互作用來源于Fe(3d)與C(2p)的軌道雜化。 實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)液態(tài)GaSb和InSb的物理性質(zhì)與溫度