【摘 要】
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本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,结合广义梯度近似（GGA）下的Perdew-Wang91（PW91）交换关联泛函,对 Ni2YZ（Y=Ti,Zr;Z=Al,Ga,In,Sn）三元全 Heusler 合金、NiYSn（Y=Ti,Zr）三元半 Heusler 合金以及 TypeⅢ-NiCoYSn（Y=Ti,Zr）四元Heusler合金进行了系统地研究,分析了其结构稳定性、力学性质、电子结构、
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本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,结合广义梯度近似（GGA）下的Perdew-Wang91（PW91）交换关联泛函,对 Ni2YZ（Y=Ti,Zr;Z=Al,Ga,In,Sn）三元全 Heusler 合金、NiYSn（Y=Ti,Zr）三元半 Heusler 合金以及 TypeⅢ-NiCoYSn（Y=Ti,Zr）四元Heusler合金进行了系统地研究,分析了其结构稳定性、力学性质、电子结构、磁性性质以及高温高压下的热力学性质,主要研究成果如下:（1）Ni2YZ（Y=Ti,Zr;Z=Al,Ga,In,Sn）全 Heusler 合金基态下非磁态（NM）的结构最稳定。除Ni2TiAl和Ni2ZrAl外,其它6种全Heusler都是很好的形状记忆合金;生成焓的研究结果显示Ni2TiAl有最高的热力学稳定性;除Ni2ZrAl和Ni2ZrGa不满足机械稳定性条件外,其余Heusler合金均具有机械稳定性。对体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、B/G以及v的分析发现6种全Heusler合金均为韧性材料,Ni2TiSn和Ni2TiAl分别对应最好和最差的延展性,总体弹性各向异性的顺序为:Ni2TiSn＞Ni2TiGa＞Ni2TiIn＞Ni2ZrIn＞Ni2ZrSn＞Ni2TiAl。电子结构的研究表明8种全Heusler合金都为顺磁性金属材料,费米能级附近对TDOS的主要贡献来自Ni-d,Y-d以及Z-p,d态,Ni、Y和Z原子之间存在较强的p-d杂化。（2）NiYSn（Y=Ti,Zr）半Heusler合金基态下最稳定的结构是非磁（NM）态。内聚能Ec的计算表明NiTiSn更易发生形变,较适合作为形状记忆合金;对生成焓的研究表明NiZrSn的热力学稳定性更高;力学性质的研究表明,这2种半Heusler合金均满足机械稳定性条件,NiTiSn属于韧性材料,而NiZrSn则为脆性材料,总体弹性各向异性顺序为:NiTiSn＞NiZrSn。能带结构和态密度的分析表明NiTiSn和NiZrSn均为顺磁性直接带隙半导体,费米能级附近对TDOS的主要贡献来自Ni-d,Y-d以及Sn-p态,表明它们之间存在较强的杂化。（3）TypeⅢ-NiCoYSn（Y=Ti,Zr）四元Heusler合金基态下铁磁态（FM）的结构最稳定。内聚能Ec的计算表明2种四元Heusler合金都可以作为很好的形状记忆合金。生成焓的研究表明TypeⅢ-NiCoZrSn的热力学稳定性更高。力学性质的研究表明,2种四元Heusler合金均具有机械稳定性且都为韧性材料,TypeⅢ-NiCoTiSn的延展性更好,总体的弹性各向异性顺序为:TypeⅢ-NiCoTiSn＞TypeⅢ-NiCoZrSn。电子结构和磁性性质的研究表明该四元Heusler合金是典型的铁磁性金属材料,磁性及金属性的主要来源是Ni和Co原子的3d轨道、Y原子的d轨道以及Sn原子的5p轨道,TypeⅢ-NiCoTiSn和TypeⅢ-NiCoZrSn的总磁矩分别为0.3049μB和1.2334μB,不满足Mt=Zt-24的斯莱特-鲍林规则。（4）对于以上三种Heusler体系来说,CV和CP都随着温度的升高而迅速增大且遵循T3德拜定律,CV随着温度的升高会趋于Dulong-Petit极限,而CP则继续增大;热膨胀系数α随温度的升高和压力的增加分别对应增大和减小的趋势;德拜温度θD随温度的升高和压力的增加分别出现逐渐降低和升高的趋势;高压下的格林艾森参数γ随温度的升高趋于平缓,随压力的升高而减小。
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