合金熔體局域結構的實驗及從頭算研究.pdf

1、X-射線衍射技術是研究高溫合金熔體結構的重要方法,但它把合金熔體的三維結構投影到一維上去,只能給出總的結構因子和雙體相關函數(shù)。因此,詳細描述合金熔體的結構特征還需要其它的補充方法來得到偏結構參數(shù),而其中之一就是最近二十年發(fā)展起來的從頭算分子動力學理論。本文將X-射線衍射技術和從頭算分子動力學模擬方法有機地結合起來,研究了工業(yè)合金Fe-Si和Fe-C的熔體結構,探討了Fe-Si熔體的結構參數(shù)與成分的關系及其電子結構性質,給出了共晶成分的F

2、e-C熔體的局域結構特征。使用從頭算分子動力學模擬方法并結合已有的實驗結果研究了Ⅲ-Ⅴ族半導體GaSb和InSb的液態(tài)結構、動力學性質及電子結構；GaSb液態(tài)結構隨溫度及壓強的變化規(guī)律。本文的主要內容如下： 由于實驗上的困難,關于Fe-Si合金熔體結構的實驗研究沒有給出可靠的偏結構參數(shù)。本文研究了多個成分的Fe-Si合金熔體的結構,系統(tǒng)地給出了Fe-Si合金熔體的結構參數(shù)隨成份的變化規(guī)律,并以此為依據(jù)將Fe-Si熔體隨成分的變化劃分為四

3、個區(qū)間。第一次使用從頭算方法研究了Fe-Si熔體的電子結構,結果表明Fe-Si熔體中異類原子間較強的相互作用來源于Fe(3d)與Si(3p)的軌道雜化。由Fe-Si熔體的電子結構分析可以預言：當Si含量超過70.0at.%時,Fe-Si熔體中含有Si-Si共價鍵。 早期關于Fe-C合金熔體結構的實驗研究主要集中于考察其總結構參數(shù),而沒有給出Fe-C合金熔體局域結構的特征。本文研究了共晶成分的Fe-C合金熔體的結構。給出了共晶Fe-C合金

4、熔體的偏結構參數(shù),發(fā)現(xiàn)在Fe-C熔體中異類原子間存在較強的相互作用；C原子的第一近鄰幾乎全由Fe原子組成,而C原子則在較大尺寸上存在相關性。系統(tǒng)地研究了共晶Fe-C熔體和Fe3C晶體結構的相關性,首次給出了Fe-C熔體和Fe3C晶體結構中C周圍Fe原子的局域結構具有相似性的證據(jù)。電子結構的研究表明,Fe-C熔體結構中,異類原子間較強的相互作用來源于Fe(3d)與C(2p)的軌道雜化。 實驗上已經發(fā)現(xiàn)液態(tài)GaSb和InSb的物理性質與溫度