廣義層錯能的第一性原理計算及定域性分析.pdf

1、廣義層錯能的概念從1968年由Vitek在研究面心立方晶體時最早提出到現(xiàn)在已經(jīng)整整40個年頭。廣義層錯能在材料的brittle-to-ductile transition（BDT）以及晶體的位錯理論中起著關(guān)鍵的作用，但由于廣義層錯能只能通過計算機(jī)模擬獲得，所以對其計算最近一二十年才逐漸增多。
　　本文通過第一性原理計算了金屬鋁、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能。在計算金屬鋁的廣義層錯能時，通過改變超晶胞中原

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能曲線，用此詳細(xì)討論了廣義層錯能的定域性，得出了廣義層錯能的產(chǎn)生主要來源于邊界原子的貢獻(xiàn)的結(jié)論。然后計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能，將單層石墨看作鋸齒型單壁碳納米管半徑無窮大的極限情況，通過比較三者的廣義層錯能，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)，主要是對廣義層錯能及其計算方法背景的介紹

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

4、廣義層錯能否運用到位錯方程的關(guān)鍵。通過本節(jié)我們知道ABINIT在計算廣義層錯能是可靠的，分析結(jié)果表明廣義層錯能具有定域性，即廣義層錯能主要來自兩半無限晶體之間最近鄰原子層的貢獻(xiàn),由廣義層錯能得到的回復(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)力運用到位錯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)面的兩種廣義層錯能,計算結(jié)果表明以 C-C平鍵為旋轉(zhuǎn)面的廣義層錯能要比以C-C斜鍵為旋轉(zhuǎn)面的廣義層錯能小的多；然后，我們計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能。在將單層石墨看作碳納米管半徑無窮大的極限條件下，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能，通過比較可知，廣義層錯能的值隨