二氧化钛(TiO2)是一种非常重要的宽禁带半导体材料,其具有多种晶型：比如常压下金红石相(Rutile)、锐钛矿相(Anatase)、板钛矿相,以及高压下铌铁矿相(columbite)、斜锆石相(baddeleyite)和氯铅矿相(cotunnite)。TiO2具有催化活性高、稳定性好、对人体无毒、成本低等特点,是一种非常理想的半导体光催化剂,在能源材料、微电子以及环境保护等方面具有潜在的广阔应用前景。因而,近年来人们对于TiO2材料的物质结构、制备方法、物理化学性质等进行了广泛而深入的研究。首先,我们研究并计算了二氧化钛(TiO2)在平衡状态下的各种结构和数据,例如原胞的晶格常数、弹性模量和此弹性模量下所对应的压强的一阶导数,利用的方法是基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理。计算数据表明：计算的结果与实验值和其他人所得出的理论值符合的比较好。为了确定金红石相二氧化钛稳定结构以便更好地研究其他性质,我们利用Material Studio程序下的CASTEP软件拟合了体积和能量关系,首先,在0.664和0.594之间,c/a每隔0.001取一个值,在固定的c/a下,拟合获得了不同的体积和相应的能量,然后,我们在一系列的体积和能量曲线中找到了能量最低点,即当c/a等于0.643时具有最稳定的状态。在计算中我们发现了二氧化钛的体积随温度和压强的关系,得出压强一定时,在高温下TiO2更容易被压缩的结论。其次,我们计算和总结了二氧化钛(TiO2)的热力学的性质,得到了弹性模量、热膨胀系数、德拜温度和热容等等各种二氧化钛(TiO2)的各种参数随着温度和压强的变化而变化的关系。对于金红石相的二氧化钛来说,热容随着温度的升高而增加,在压强和温度都比较大的情况下,由于非谐德拜效应的影响,热容量趋近于一个极限值即为Dulong-Petit极限值9NAkB,大小约为74.85J·mol-1·K-1。我们发现热容随着压强的增大而逐渐减小,德拜温度随着压强的增加而逐渐增大。对于金红石相的二氧化钛的热膨胀系数,在温度较低的范围内热膨胀系数α随温度的增加而迅速增长几乎呈指数形式的增加。在温度较高时,热膨胀系数随压强的增加而显著减小,可见在高温高压的状态下,热膨胀系数受到的温度和压强的变化的影响较小。