Cu-γ-Al2O3共格界面的第一性原理研究.pdf

1、復(fù)合材料的界面特性直接影響其性能，界面具有晶體學(xué)共格關(guān)系是優(yōu)化材料強(qiáng)韌性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。從電子結(jié)構(gòu)層面研究共格界面的形成條件，對(duì)深入認(rèn)識(shí)界面的物理本質(zhì)以及開發(fā)高強(qiáng)韌性材料具有重要意義。Cu-Al2O3復(fù)合材料是一種具有良好的導(dǎo)電能力、導(dǎo)熱能力、高溫抗軟化能力和加工延展性的氧化物顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)此材料的界面形成進(jìn)行理論計(jì)算和分析，對(duì)材料性能的改善和提高，具有重要的理論研究價(jià)值。
　　本文將第一性原理

2、方法引入 Cu/γ-Al2O3共格界面的研究中，分別計(jì)算和研究了 Cu和γ-Al2O3的晶格常數(shù)、電子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)。建立起低指數(shù) Cu晶面與γ-Al2O3晶面的共格界面模型，計(jì)算和分析了界面模型的分離功和界面間距，確定了最穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)。通過薄板內(nèi)氧化法制備了 Cu-Al2O3復(fù)合材料，分析了其界面微觀結(jié)構(gòu)，確定了兩相間的位相關(guān)系，并將第一性原理的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果做了對(duì)比。
　　Cu和γ-Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)都為面心立方，空

3、間點(diǎn)群為 Fm-3m，優(yōu)化和計(jì)算結(jié)果表明：Cu和γ-Al2O3的晶格常數(shù)分別為0.364 nm和0.393 nm。通過計(jì)算兩種材料的態(tài)密度，說明Cu晶體的d、s、p軌道電子都可參與導(dǎo)電，γ-Al2O3的價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底有重疊，材料具有一定的導(dǎo)電性，O2s和Al3s以及O2p和Al3p軌道電子之間有明顯的態(tài)密度“共振”現(xiàn)象，說明它們之間是成鍵的。研究建立的共格界面模型有： Cu(100)/γ-Al2O3(100)、Cu(011)/γ-Al2

4、O3(100)、 Cu(111)/γ-Al2O3(100)、 Cu(100)/γ-Al2O3(110)、 Cu(011)/γ-Al2O3(110)和 Cu(111)/γ-Al2O3(110)，考慮到 Cu原子對(duì)應(yīng)于γ-Al2O3晶面上位置的不同，共建立了12組界面模型。經(jīng)過結(jié)構(gòu)弛豫和優(yōu)化后，確認(rèn) Cu(011)/γ-Al2O3(110)共格界面模型中Cu原子位于 O原子上方的情況下的界面結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，分離功最大，為7.6 J/m2，同時(shí)它