金屬鈦和金屬間化合物鈦鋁氧化的第一原理研究.pdf

1、本論文的主要內容是通過第一原理來研究金屬鈦和金屬間化合物鈦鋁表面氧化問題，以及合金化效應對金屬間化合物鈦鋁表面氧化的影響。這些研究從理論上探討了它們氧化的微觀機制，也為進一步的實驗研究奠定了理論基礎。 本文首先對實驗上鈦和鈦鋁氧化問題的研究現狀作一評述。接著在第二章中簡單的介紹了密度泛函理論的基本思想和理論。在接下來的兩章中分別給出了我們利用第一原理方法研究鈦和鈦鋁表面氧化問題的理論計算結果。 一方面，我們利用第一原理研

2、究了氧在Ti(0001)表面的吸附。我們分別設計了兩種理論模型：單層和多層吸附模型。單層吸附模型是人們常用的模型，在此模型中吸附原子只能位于同一吸附層，而在多層吸附模型中吸附原子可以同時位于不同的吸附層。我們的計算結果表明，在覆蓋度為0.25單層(簡寫為ML)時，氧原子占據表面面心立方(簡寫為fcc)位置最穩(wěn)定；在覆蓋度為0.50ML時，氧原子同時占據表面fcc位置及第二層和第三層之間的八面體Octa(2，3)位置最穩(wěn)定；在覆蓋度大于等

3、于1.00ML時，氧原子喜歡同時占據間隔一個間隙層的表面和八面體間隙位置，如表面fcc位置、第二和第三層之間的八面體Octa(2，3)位置、第四和第五層之間的八面體Octa(4，5)位置等。這說明當氧原子處于近鄰的吸附位置時吸附氧原子之間有排斥作用。我們理論計算的總態(tài)密度和功函數改變值與實驗的紫外光電子能譜(UPS)和功函數改變情況符合的相當好。我們的理論結果和實驗對比證明對于鈦表面的氧吸附必須考慮氧原子的多層吸附模型。 另一方

4、面，我們利用第一原理研究了氧在純凈的TiAl(111)表面及合金化TiAl(111)表面的吸附。我們的計算的結果表明，對于氧在純凈的TiAl(111)表面吸附，在氧的覆蓋度從零增加到一個單層，氧原子都傾向于吸附在表面近鄰多Ti的位置，而且隨著覆蓋度的增加平均每個氧原子的結合能增加。當合金化元素Zr摻入TiAl(111)表面時，我們發(fā)現Zr容易偏析于TiAl(111)表面的Ti原子位。與氧在純凈TiAl(111)表面吸附相比，對于氧在摻Z