刘学杰
,
马琴芳
,
董海宽
,
孙士阳
,
任元
,
冯秀娟
材料导报
为了深入了解Ti-Si-N纳米复合表面的力学性能,尝试采用有限元方法对纳米压痕测量的加一卸载过程进行了模拟.详细介绍了该三维有限元仿真过程的各个细节,包括对标准Berkovieh压头的建模和相关参数的确定,以及对Ti-Si-N表面模型边界条件、压头与表面接触方式和加一卸栽方式的处理.采用有限元的非线性算法对一个Ti-Si-N表面纳米压痕测量的实验曲线进行了拟合.通过有限元仿真得到了Ti-Si-N样品的屈服极限和应力-应变关系.该研究表明,采用有限元仿真与纳米压痕测量相结合是研究纳米复合表面非线性塑性性能的有效方式.
关键词:
纳米压痕
,
有限元仿真
,
屈服极限
,
载荷-位移曲线
刘学杰
,
刘金会
,
任元
,
李良方
材料保护
为了进一步了解多孔阳极氧化铝膜孔洞的形成、发展过程与电场分布的关系,建立了4种模型对多孔阳极氧化铝膜中孔洞形成初始阶段和发展阶段的电场分布情况进行了有限元分析.结果表明:在孔洞初始阶段,孔洞间距较小的孔洞底部电场强度小,而间距较大的孔洞底部电场强度较大,浅孔底部电场强度较小,深孔底部电场强度较大;在孔洞发展阶段,间距不等的孔底部电场分布不均,面向壁厚侧底部电场强度较大,面向壁薄侧底部电场强度较小.这些电场分布情况可为进一步分析孔洞发展以及导致孔洞有序分布因素奠定基础.
关键词:
多孔阳极氧化铝膜
,
电场分布
,
孔洞
,
有序生长
,
有限元分析
刘学杰
,
魏怀
,
陆峰
,
吴帅
,
任元
,
银永杰
,
张素慧
复合材料学报
为了研究Ti Si-N薄膜生长过程中界面的形成,采用第一性原理计算了在TiN(001)表面上3N-2Ti-1Si、4N-1Ti-1Si和4N-2Ti-1Si岛的各构型的总能量和吸附能,并且利用推移弹性带(NEB)的方法计算了各岛构型演变过程中所需的迁移激活能.计算结果表明:Ti粒子在岛内的构型是低能量的稳定结构,这种构型是由SiN相从TiN相中分离出来而形成的;在3N-2Ti-1Si、4N-1Ti-1Si和4N-2Ti-1Si 3种构型的演变方式中,3N-2Ti-1Si构型演变所需的激活能较小,更容易实现构型演变;适量地增加N粒子的沉积比例,可以使岛构型演变所需的激活能减小,促进SiN相与TiN相的分离;当N与Ti的粒子数比例达到3∶2时,界面最容易形成.
关键词:
界面形成条件
,
相分离
,
构型演变
,
激活能
,
第一性原理
任元
,
张超
,
刘学杰
,
谭心
,
魏怀
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.05.018
针对 Nb-Si-N 纳米复合薄膜在沉积过程中各原子的成核过程和生长取向,采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理超软赝势平面波计算方法分别计算了Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面6个对称位的吸附作用和迁移过程.吸附作用的计算获得各原子的势能面,其中Nb 在NbN(001)表面最低能量位置为HL位,N、Si 最低能量位置处于 HL 位与 TopN 位之间.势能面计算结果确定各单原子在 NbN(001)表面迁移的路径分别为,Nb 原子和 Si 原子均为从 TopN位置迁移到 HL 位置；N 原子分别从 TopNb 位置和TopN-HL位置迁移到 HL 位置.Nb、Si、N 各单原子在NbN(001)表面迁移激活能分别为0．32,0．69和1．32 eV.
关键词:
Nb-Si-N
,
表面吸附
,
表面迁移
,
密度泛函计算
刘学杰
,
贾颖
,
姜永军
,
李沛艾
,
任元
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.07.012
基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对 Li 在未掺杂和 B(N)掺杂浓度为25％(原子分数)的石墨烯表面最稳定位置的吸附进行了结构优化,计算了本征石墨烯及 B(N)掺杂石墨烯吸附 Li 前后的能带结构、态密度、电荷转移、差分电荷密度和结合能。计算结果表明,B 掺杂浓度为25％(原子分数)时可显著提高石墨烯的 Li 吸附能,N 掺杂浓度为25％(原子分数)时减弱了石墨烯的 Li 吸附能。吸附 Li 后的石墨烯、BC3和 C3 N 体系均显示出金属性。
关键词:
第一性原理
,
石墨烯
,
B(N)掺杂石墨烯
,
Li吸附
,
电子结构
刘学杰
,
张素慧
,
姜永军
,
任元
,
谭心
人工晶体学报
为了探究纳米金刚石复合薄膜中界面相粒子的微观行为,采用第一性原理方法计算了碳、硅单粒子在清洁金刚石(001)表面的吸附作用与迁移行为.包括C、Si粒子在金刚石(001)面四个高对称位置的构型总能和吸附能以及其在金刚石(001)表面的迁移激活能.结果表明:最稳定的构型是沿(001)生长方向沉积粒子与表面层两粒子相接,且C、Si粒子迁移激活能分别为2.824 eV、0.475 eV.两激活能的差异表明:添加Si能显著促进碳粒子的扩散并形成更加致密的纳米金刚石复合薄膜.
关键词:
纳米金刚石
,
复合表面
,
迁移激活能
,
第一性原理
刘学杰
,
李沛艾
,
贾颖
,
任元
,
贾桂霄
人工晶体学报
基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文系统研究了Li在本征石墨烯及BC7、C7N表面的吸附和迁移行为.与本征石墨烯相比,硼含量为12.5at％时提高了Li的吸附能,而氮含量为12.5at％时减弱了Li的吸附能,这归因于掺杂物种具有不同的电子结构.通过NEB方法计算了Li在本征石墨烯、BC7、C7N表面的迁移.结果表明,相比于本征石墨烯,硼含量为12.5at％的石墨烯减弱了Li的扩散,而氮含量为12.5at％的石墨烯促进了Li的扩散,有助于提高石墨烯负极材料的充放电性能.
关键词:
锂离子电池
,
石墨烯
,
第一性原理
,
表面吸附
,
扩散
刘学杰
,
贾颖
,
姜远涛
,
李沛艾
,
任元
人工晶体学报
基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Li在本征石墨烯、BC7和C7N表面最稳定位置的吸附进行了结构优化,计算了本征石墨烯、BC7和C7N吸附Li前后的能带结构,态密度,电荷转移,差分电荷密度和结合能.结果表明,B掺杂浓度为12.5％(原子分数)时可显著提高石墨烯的Li吸附能,N掺杂浓度为12.5％(原子分数)时减弱了石墨烯的Li吸附能.吸附Li后的graphene-Li、BC7-Li和C7N-Li体系均显示出金属性,且Li与石墨烯、BC7和C7N体系间存在离子键和共价键的混合.
关键词:
第一性原理
,
石墨烯
,
Li吸附
,
电子结构
刘学杰
,
魏怀
,
任元
,
陆峰
,
张素慧
,
银永杰
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2014.04.008
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究CVD金刚石薄膜(001)表面的生长机理.计算清洁金刚石表面和氢(H)终止金刚石表面的构型.考察H原子和活性基团(C,CH,CH2和CH3)在清洁重构金刚石表面及在单层H终止金刚石表面上的吸附演变.结果表明:清洁金刚石表面发生了对称二聚体重构,H原子终止金刚石表面稳定了金刚石结构;基团在金刚石(001)表面吸附演变过程中,H原子起到激活石墨和萃取表面H原子产生活性位的作用;CH2基团比CH3基团能够更好地提高CVD金刚石薄膜的生长率,是薄膜生长过程中最有效基团;CH基团阻碍了薄膜的生长.
关键词:
第一性原理
,
CVD金刚石薄膜
,
基团
,
生长机理
,
吸附演变
