点缺陷对Nb2GeC和Ti2GaC的性能影响的研究

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MAX相是一种新型的三元陶瓷材料,兼具金属和陶瓷的优良性能,在许多领域存在广泛的应用,尤其是在核工业方面。本文利用第一性原理研究了空位,O, H和He杂质对Nb2GeC和Ti2GaC的结构和电子性质的影响。  计算得到了Nb2GeC中每个原子对应的单空位的形成能。结果表明每个原子对应的空位对杂化键都有轻微的影响。如果晶胞中存在一个Ge空位或C空位,杂化将会减弱。然而,如果存在一个Nb空位,d轨道和p轨道之间的杂化将增强。与此相反,空位却能从本质上减小材料的导电性。计算结果也显示如果存在Ge空位或C空位,Nb2GeC的硬度减小,而如果存在一个Nb空位,Nb2GeC的硬度将增大。  为进一步研究Nb2GeC在辐照环境中的稳定性,我们也研究了O, H和He杂质在Nb2GeC中的稳定情况。所有杂质的研究都是从替代和间隙两个方面来进行的,计算得到了替代和间隙的形成能,存在替代和间隙时Nb2GeC的晶格常数,以及单胞体积,并且与完美的晶胞进行了比较。此外,通过电荷密度分布和Mulliken布局,分析了O,H,He杂质对Nb2GeC的电子性质的影响。  我们也计算得到了Ti2GaC中各元素对应单空位的形成能和迁移能,O代替Ti, Ga和C原子后的形成能,以及O间隙子在不同的位置的形成能。结果显示,O替代Ti的形成能最高,而O代替Ga原子的形成能随O浓度的增大逐渐变小。O间隙子在不同位置的形成能表明O间隙子在三个Ga原子构成三角形结构的中心是更稳定。通过态密度和电荷密度,讨论了空位、O替代,O间隙子对Ti2GaC的电子特性的影响。
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