水镁石与方镁石的热力学及热导特征的第一性原理研究

摘要

利用第一性原理计算,结合准谐Debye理论以及玻尔兹曼传输原理,对水镁石(Mg(OH)2)及其脱水后形成的方镁石(MgO)的热力学性质及热导特征进行比较研究.通过分析发现,2种矿物的性质存在较大的差异.2种矿物的热膨胀系数都会随着温度的升高而升高,但Mg(OH)2在较高温度时会呈现出减小的趋势.在压力的作用下,Mg(OH)2的热膨胀系数会增大,而MgO的热膨胀系数会减小.2种矿物间的热膨胀系数的差异源于格林艾森常数和体变模量的变化.2种矿物在压力作用下的晶格热导率的变化与热膨胀系数的变化相似,但是两者间的大小相差很大,MgO的晶格热导率比Mg(OH)2的要高2个数量级,说明脱水对热导的影响很大.经分析得到脱水热导率增大的原因在于其非谐散射率减小,声子寿命增大.