廣義層錯(cuò)能的第一性原理計(jì)算及定域性分析.pdf

1、廣義層錯(cuò)能的概念從1968年由Vitek在研究面心立方晶體時(shí)最早提出到現(xiàn)在已經(jīng)整整40個(gè)年頭。廣義層錯(cuò)能在材料的brittle-to-ductile transition（BDT）以及晶體的位錯(cuò)理論中起著關(guān)鍵的作用，但由于廣義層錯(cuò)能只能通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬獲得，所以對(duì)其計(jì)算最近一二十年才逐漸增多。
　　本文通過(guò)第一性原理計(jì)算了金屬鋁、兩種不同半徑的鋸齒型單壁碳納米管以及單層石墨的廣義層錯(cuò)能。在計(jì)算金屬鋁的廣義層錯(cuò)能時(shí)，通過(guò)改變超晶胞中原

2、子層數(shù)以及層間距等方法得到了金屬鋁的幾條廣義層錯(cuò)能曲線，用此詳細(xì)討論了廣義層錯(cuò)能的定域性，得出了廣義層錯(cuò)能的產(chǎn)生主要來(lái)源于邊界原子的貢獻(xiàn)的結(jié)論。然后計(jì)算了兩種不同半徑鋸齒型單壁碳納米管和單層石墨的廣義層錯(cuò)能，將單層石墨看作鋸齒型單壁碳納米管半徑無(wú)窮大的極限情況，通過(guò)比較三者的廣義層錯(cuò)能，可以看出鋸齒型單壁碳納米管的曲率效應(yīng)不明顯。
　　本文主要內(nèi)容可分為三部分，第一部分包括本文的1、2兩節(jié)，主要是對(duì)廣義層錯(cuò)能及其計(jì)算方法背景的介紹

3、。其中第1節(jié)主要介紹了廣義層錯(cuò)能的概念以及目前對(duì)廣義層錯(cuò)能的研究情況，國(guó)內(nèi)對(duì)廣義層錯(cuò)能的研究相對(duì)較少。第2節(jié)對(duì)第一性原理所用密度泛函理論進(jìn)行了介紹，并對(duì)本文計(jì)算廣義層錯(cuò)能的軟件ABINIT程序包進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。第二部分是第3節(jié)，本節(jié)對(duì)金屬鋁的廣義層錯(cuò)能進(jìn)行了計(jì)算，金屬鋁的廣義層錯(cuò)能計(jì)算已經(jīng)比較成熟，本節(jié)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算一是驗(yàn)證ABINIT在計(jì)算廣義層錯(cuò)能上的可靠性，二是用鋁的廣義層錯(cuò)能來(lái)詳細(xì)討論廣義層錯(cuò)能的定域性，廣義層錯(cuò)能是否具有定域性是

4、廣義層錯(cuò)能否運(yùn)用到位錯(cuò)方程的關(guān)鍵。通過(guò)本節(jié)我們知道ABINIT在計(jì)算廣義層錯(cuò)能是可靠的，分析結(jié)果表明廣義層錯(cuò)能具有定域性，即廣義層錯(cuò)能主要來(lái)自兩半無(wú)限晶體之間最近鄰原子層的貢獻(xiàn),由廣義層錯(cuò)能得到的回復(fù)力()=-F b u()()ug主要是上、下兩部分晶體邊界原子之間的相互作用力，將此回復(fù)力運(yùn)用到位錯(cuò)理論中是完全可行的。最后，我們擬合出了金屬鋁（111）面上廣義層錯(cuò)能的解析表達(dá)式。本文的第三部分是第4節(jié)，在本節(jié)中我們首先計(jì)算了鋸齒型單壁碳

5、納米管（5,8）以C-C平鍵和C-C斜鍵為旋轉(zhuǎn)面的兩種廣義層錯(cuò)能,計(jì)算結(jié)果表明以 C-C平鍵為旋轉(zhuǎn)面的廣義層錯(cuò)能要比以C-C斜鍵為旋轉(zhuǎn)面的廣義層錯(cuò)能小的多；然后，我們計(jì)算了鋸齒型單壁碳納米管（10,8）以C-C斜鍵為旋轉(zhuǎn)面和單層石墨以C-C斜鍵為滑移線的廣義層錯(cuò)能。在將單層石墨看作碳納米管半徑無(wú)窮大的極限條件下，我們比較了鋸齒型單壁碳納米管（5,8）、鋸齒型單壁碳納米管（10,8）以及單層石墨的廣義層錯(cuò)能，通過(guò)比較可知，廣義層錯(cuò)能的值隨