Pt-M化合物力学性质及电子结构的第一性原理研究

摘要

铂及其金属间化合物Pt-M(M=Al,Si,Ge,Sn)具有良好的耐高温、抗氧化和耐腐蚀性以及导电性等优良性质，在科研、高温合金、半导体、催化剂和涂层材料等行业受到广泛的关注和探索研究。基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，本文详细的研究了Pt和Pt-M化合物的力学性质及电子结构性质。
　　P4/mbm-Pt3Al，Pnma-Pt2Al，Pt5Al3，P213-PtAl，P3-m1-Pt2Al3，PtAl2和I4/mcm-PtAl5相组成焓值凸壳曲线(定义为：Pt-Al化合物的形成焓与化合物中Pt原子百分含量)，在能量最有利，理论上可以由单质Pt和Al合成。迄今为止，I4/mcm-PtAl5理论相是首次被预测的，其声子谱计算，在整个布里渊区内没有虚频，证明了其分子动力学稳定。随着Pt含量的增加，Pt-Al化合物体弹模量B呈线性增强，到Pt3Al达到最大值；同时，在所有的Pt-Al化合物中，Pm3-m-Pt3Al具有最大的剪切模量G和杨氏模量E；值得注意的是，在富Al相中，PtAl5拥有突出的剪切模量G和杨氏模量E。所有的Pt-Al化合物中Al-3p轨道电子均表现出明显的离域现象，然而Pt-5d轨道电子仅仅在富Pt相中表现出离域现象；此外，价电荷密度分布计算表明PtAl5相中Al-Al原子间存在强的共价结合和Pm3-m-Pt3Al相中Pt原子和Al原子间存在明显的共价结合，很好地解释了它们杰出的结构稳定性和力学稳定性。
　　Pt-IVA(IVA=Si，Ge和Sn)化合物的晶体结构、热力学稳定性、力学性质和电子结构性质的研究发现，Pt-Si、Pt-Ge和Pt-Sn三个体系不同化学计量比的化合物均具有良好的热力学稳定性和力学稳定性。体弹模量(B)的计算结果显示：随着Pt含量的增加，Pt-IVA化合物体弹模量B成线性增加，I4/mcm-Pt3Si、C2/m-Pt3Ge和Pt3Sn具有最大的B值。此外，对比三个体系体弹模量B：Pt-Si＞Pt-Sn＞Pt-Ge。态密度计算发现，在费米面处均有赝隙形成，说明了Pt的d轨道与Si，Ge和Sn的p轨道之间存在强烈轨道杂化，Pt原子与Si，Ge和Sn原子形成了较强的共价性结合。结合价电子密度分布，I4/mcm-Pt3Si和C2/m-Pt3Ge晶体沿c轴方向上具有明显的Pt-Si和Pt-Ge共价性结合特征。而且随着Si，Ge和Sn原子含量的增加Pt与Si、Ge和Sn原子之间的电荷密度积累增加，说明Pt-Si，Pt-Ge和Pt-Sn之间的共价性结合逐渐增强。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景

1.2 Pt-Al高温涂层的研究应用

1.3 Pt-IVA(IVA=Si, Ge, Sn)化合物半导体材料的研究应用

1.4 计算材料科学

1.5 研究内容及意义

第2章 基本理论和计算方法

2.1 第一性原理计算简介

2.2 密度泛函理论(DFT)

2.3 交换关联泛函

2.4 赝势-平面波

2.5 弹性性能计算

2.7 CASTEP软件包简介

第3章 Pt-Al化合物的力学性质及电子结构的第一性原理计算

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3计算结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 Pt-IVA化合物的力学性质及电子结构的第一性原理计算

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3计算结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的的科研任务及科研成果

致谢