碳化硅增強鋁基復合材料界面性質理論研究.pdf

1、本文應用基于密度泛函理論的第一性原理方法，對SiC增強Al基復合材料中的界面產物 MgAl2O4的表面結構、 SiC(0001)/MgAl2O4(111)界面、Al(001)/MgAl2O4(001)界面進行了系統(tǒng)的研究。分別研究了不同終端結構的MgAl2O4(111)表面結構的弛豫結果、表面能、表面巨勢、電子結構以及不同結合方式的SiC(0001)/MgAl2O4(111)界面和 MgAl2O4/Al界面結構的弛豫結果、分離功、電子結

2、構，全面的闡述了界面產物 MgAl2O4自身性質和異質界面結合性能，解釋界面結合機制，為實驗提供理論依據。
　　第三章節(jié)首先研究了界面產物 MgAl2O4與 MgO、Al2O3晶體結構以及電子結構上的聯(lián)系，MgAl2O4的帶隙寬度處于Al2O3和MgO之間，與MgO和Al2O3相比。MgAl2O4的導帶寬度變窄，電子傳輸能力相對MgO和Al2O3較弱。形成能為-0.20eV，說明MgAl2O4可以由MgO和Al2O3合成。

3、　　第四章節(jié)研究了MgAl2O4(111)表面性質，計算了8種MgAl2O4(111)表面結構的弛豫、表面能、不同環(huán)境下的表面巨勢、表面結構的分波態(tài)密度、原子電荷布局。計算結果表明：MgAl2O4(111)表面原子弛豫主要發(fā)生在表面3層原子，O2(Mg)和Al(O)終端表面有大的表面能，容易和其它化合物結合，也就是說在其表面生長化合物更容易。在貧O和貧Al環(huán)境中，Mg(Al)終端表面是最穩(wěn)定的表面結構，它的互補面O2(Al)終端表面在富

4、O和富Al環(huán)境穩(wěn)定。MgAl2O4(111)近表面原子的態(tài)密度和原子布局與對應的MgO(111)和 Al2O3(001)表面結構的原子的態(tài)密度和原子布局有相似的性質。
　　第五章節(jié)搭建了一系列 SiC(0001)/MgAl2O4(111)界面結構，分析了SiC(0001)/MgAl2O4(111)界面的分離功、結構優(yōu)化、界面能和界面電子結構，結果表明：C/O(Mg)和Si/O(Mg)界面分別在C終端和Si終端界面中具有最大的分離功

5、。C/O(Mg)界面結構在所有界面結構中是結合最穩(wěn)定的界面。而且不僅第一層原子種類影響界面結構分離功的大小，第二層原子種類也能影響界面結構分離功的大小，第一層原子對其的影響更大。電荷密度，差分電荷密度，態(tài)密度表明 C/O(Mg)界面結構的界面C和O原子形成了強烈的非極性共價鍵，Si/O(Mg)界面結構的界面Si和O原子形成了相對弱的極性共價鍵和少量離子鍵。
　　第六章節(jié)研究了Al(001)/MgAl2O4(001)界面結構的分離功

6、、結構優(yōu)化和界面電子結構。研究表明：分離功都是隨界面距離的減小而增大，AlO/Al頂位界面結構的分離功最大，是最穩(wěn)定的界面結構，而且界面原子重構較為劇烈。AlO/Al頂位界面結構在界面處形成了相互作用較強的共價鍵，而AlO/Al中心位，Mg/Al中心位和Mg/Al頂位結構在界面處形成了較弱的離子鍵和金屬鍵。
　　通過對SiC(0001)/MgAl2O4(111)和MgAl2O4/Al兩種異質界面的研究，我們發(fā)現(xiàn) SiC(0001)