MgCaSi弹性性能及点缺陷的第一性原理研究

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弹性性能为晶体材料的力学性能提供了关键信息,并为力学稳定性提供了基本判据,并且对研究结构相变和寻找新材料很有帮助。点缺陷对理解扩散行为以及材料的延展性、强度以及抗蠕变能力有重要的意义。本文运用密度泛函理论对MgCaSi的弹性性能和点缺陷行为进行了研究,主要内容如下:  1.基于密度泛函理论,研究了多功能三元MgCaSi弹性性能及电子性质,并与其母相Ca2Si进行了对比。能量结果和计算的弹性常数表明MgCaSi在热力学和力学上都是稳定的。得到的MgCaSi弹性模量都大于Ca2Si,说明MgCaSi的硬度有所改善。高的德拜温度暗示MgCaSi原子间的强烈相互作用力和好的导热性。并从Pugh经验规则、泊松比和柯西压研究了MgCaSi延展性行为,并运用几个判据揭示了MgCaSi比Ca2Si具有更小的各向异性。为了揭示MgCaSi的成键特征,进一步研究了电子结构。结果表明强的Si-Si化学键对结构稳定性和弹性性能起着重要的作用。  2.运用密度泛函理论对MgCaSi中可能存在的九种点缺陷进行了研究。首先通过二维图(△μMg,△μCa)确定了复杂的化学势范围,进而研究了缺陷形成能。能量结果表明:在富镁一侧,主要缺陷是MgCa而不是MgSi;在富钙一侧,主要缺陷类型是CaMg而不是CaSi。成键能被提出来揭示缺陷形成能的本质特征。因为Ca、Mg和Si的原子半径逐渐减小,所以反位缺陷CaMg、MgSi和CaSi的局部几何畸变逐渐增强,表明了几何不匹配的重要作用。态密度的结果表明CaMg和MgCa较高的稳定性是因为费米能级偏离赝能隙较小。
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