金屬鈦和金屬間化合物鈦鋁氧化的第一原理研究.pdf

1、本論文的主要內(nèi)容是通過(guò)第一原理來(lái)研究金屬鈦和金屬間化合物鈦鋁表面氧化問(wèn)題，以及合金化效應(yīng)對(duì)金屬間化合物鈦鋁表面氧化的影響。這些研究從理論上探討了它們氧化的微觀機(jī)制，也為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究奠定了理論基礎(chǔ)。 本文首先對(duì)實(shí)驗(yàn)上鈦和鈦鋁氧化問(wèn)題的研究現(xiàn)狀作一評(píng)述。接著在第二章中簡(jiǎn)單的介紹了密度泛函理論的基本思想和理論。在接下來(lái)的兩章中分別給出了我們利用第一原理方法研究鈦和鈦鋁表面氧化問(wèn)題的理論計(jì)算結(jié)果。 一方面，我們利用第一原理研

2、究了氧在Ti(0001)表面的吸附。我們分別設(shè)計(jì)了兩種理論模型：?jiǎn)螌雍投鄬游侥Ｐ?。單層吸附模型是人們常用的模型，在此模型中吸附原子只能位于同一吸附層，而在多層吸附模型中吸附原子可以同時(shí)位于不同的吸附層。我們的計(jì)算結(jié)果表明，在覆蓋度為0.25單層(簡(jiǎn)寫(xiě)為ML)時(shí)，氧原子占據(jù)表面面心立方(簡(jiǎn)寫(xiě)為fcc)位置最穩(wěn)定；在覆蓋度為0.50ML時(shí)，氧原子同時(shí)占據(jù)表面fcc位置及第二層和第三層之間的八面體Octa(2，3)位置最穩(wěn)定；在覆蓋度大于等

3、于1.00ML時(shí)，氧原子喜歡同時(shí)占據(jù)間隔一個(gè)間隙層的表面和八面體間隙位置，如表面fcc位置、第二和第三層之間的八面體Octa(2，3)位置、第四和第五層之間的八面體Octa(4，5)位置等。這說(shuō)明當(dāng)氧原子處于近鄰的吸附位置時(shí)吸附氧原子之間有排斥作用。我們理論計(jì)算的總態(tài)密度和功函數(shù)改變值與實(shí)驗(yàn)的紫外光電子能譜(UPS)和功函數(shù)改變情況符合的相當(dāng)好。我們的理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明對(duì)于鈦表面的氧吸附必須考慮氧原子的多層吸附模型。 另一方

4、面，我們利用第一原理研究了氧在純凈的TiAl(111)表面及合金化TiAl(111)表面的吸附。我們的計(jì)算的結(jié)果表明，對(duì)于氧在純凈的TiAl(111)表面吸附，在氧的覆蓋度從零增加到一個(gè)單層，氧原子都傾向于吸附在表面近鄰多Ti的位置，而且隨著覆蓋度的增加平均每個(gè)氧原子的結(jié)合能增加。當(dāng)合金化元素Zr摻入TiAl(111)表面時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)Zr容易偏析于TiAl(111)表面的Ti原子位。與氧在純凈TiAl(111)表面吸附相比，對(duì)于氧在摻Z