非晶化元素B、C、Be對Zr基非晶態(tài)合金穩(wěn)定性影響的DFT研究.pdf

1、非晶態(tài)合金是一類具有許多特殊優(yōu)異性能、應(yīng)用前景十分廣闊的新型材料。基于模擬非晶態(tài)合金的原子團(tuán)簇模型，取用量子化學(xué)研究中的密度泛函理論方法，在B3LYP計算水平上，對Zrn-xMx(M=B,C,Be;n=5,6,7;x=0,1,2,3)系列模擬Zr基非晶態(tài)合金的原子團(tuán)簇體系，本文進(jìn)行了系統(tǒng)的量子化學(xué)研究。旨在從電子結(jié)構(gòu)角度深入理解典型非晶化元素B、C、Be對Zrn(n=5,6,7)的取代摻雜作用，特別是關(guān)于非晶化元素對非晶態(tài)合金通常具有的

2、特殊的穩(wěn)定化作用的理解。
　　 本文完成的主要研究內(nèi)容：
　　 1、設(shè)計并在B3LYP水平上對Zrn(n=5,6,7)系列裸團(tuán)簇體系進(jìn)行了構(gòu)型優(yōu)化計算。依據(jù)體系總能量和團(tuán)簇結(jié)合能BE 計算結(jié)果，在優(yōu)化幾何構(gòu)型基礎(chǔ)上，分別確定出相應(yīng)的平衡幾何構(gòu)型?；赯rn(n=5,6,7)裸團(tuán)簇的平衡幾何構(gòu)型，對團(tuán)簇組分原子的凈電荷分布、軌道布居數(shù)分布、團(tuán)簇成鍵性質(zhì)與特征等進(jìn)行了量子化學(xué)計算。
　　 2、設(shè)計并在B3LYP水平上

3、對Zrn-xBx(n=5,6,7;x=0,1,2,3)系列團(tuán)簇體系進(jìn)行了構(gòu)型優(yōu)化計算。依據(jù)體系總能量和團(tuán)簇結(jié)合能BE 計算結(jié)果，在優(yōu)化幾何構(gòu)型基礎(chǔ)上，分別確定出相應(yīng)的平衡幾何構(gòu)型。基于得到的平衡幾何構(gòu)型，對團(tuán)簇組分原子的凈電荷分布、軌道布居數(shù)分布、團(tuán)簇成鍵性質(zhì)與特征等進(jìn)行了量子化學(xué)計算。
　　 3、設(shè)計并在B3LYP水平上對Zrn-xCx(n=5,6,7;x=0,1)系列團(tuán)簇體系進(jìn)行了構(gòu)型優(yōu)化計算。依據(jù)體系總能量和團(tuán)簇結(jié)合能BE

4、 計算結(jié)果，在優(yōu)化幾何構(gòu)型基礎(chǔ)上，分別確定出相應(yīng)的平衡幾何構(gòu)型?；诘玫降钠胶鈳缀螛?gòu)型，對團(tuán)簇組分原子的凈電荷分布、軌道布居數(shù)分布、團(tuán)簇成鍵性質(zhì)與特征等進(jìn)行了量子化學(xué)計算。
　　 4、設(shè)計并在B3LYP 水平上對Zrn-xBex(n=5,6;x=0,1)系列團(tuán)簇體系進(jìn)行了構(gòu)型優(yōu)化計算。依據(jù)體系總能量和團(tuán)簇結(jié)合能BE 計算結(jié)果，在優(yōu)化幾何構(gòu)型基礎(chǔ)上，分別確定出相應(yīng)的平衡幾何構(gòu)型。基于得到的平衡幾何構(gòu)型，對團(tuán)簇組分原子的凈電荷分布、

5、軌道布居數(shù)分布、團(tuán)簇成鍵性質(zhì)與特征等進(jìn)行了量子化學(xué)計算。
　　 本文取得的主要研究結(jié)果：
　　 1、非晶化元素B、C、Be對模擬Zr基非晶態(tài)合金的原子團(tuán)簇Zrn(n=5,6,7)進(jìn)行取代摻雜，明顯地影響到體系的穩(wěn)定性。非晶化元素不同，這種影響及其程度也是不同的。B原子取代摻雜可以提高團(tuán)簇的穩(wěn)定性，但穩(wěn)定化程度不如C原子對應(yīng)的取代摻雜，Be原子取代摻雜反而降低了團(tuán)簇的穩(wěn)定性。同種非晶化元素取代摻雜時，原子數(shù)量和取代方式都對

6、團(tuán)簇穩(wěn)定性有明顯的影響。實驗上，B和C都成功地被用于改進(jìn)Zr基非晶態(tài)合金的性能，包括穩(wěn)定性。但是，到目前為止尚未見關(guān)于Be原子的類似報道。顯然，本文結(jié)果同這些事實是吻合的。
　　 2、Zrn-xMx(M=B,C,Be;n=5,6,7;x=0,1,2,3)系列團(tuán)簇對應(yīng)的平衡幾何構(gòu)型，常常不是低自旋態(tài)，而是處于高自旋態(tài)。這可能與非晶態(tài)合金材料的亞穩(wěn)狀態(tài)有關(guān)。因而有利于高自旋態(tài)穩(wěn)定的因素，均可能有助于提高非晶態(tài)材料的穩(wěn)定性。
　

7、　 3、電荷從赤道頂點位原子向極頂位原子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致團(tuán)簇內(nèi)形成正負(fù)相間的三區(qū)電荷分布，是Zrn-xMx(M=B,C,Be;n=5,6,7;x=0,1,2,3)系列團(tuán)簇平衡構(gòu)型的一個顯著特征。B原子取代摻雜，這種電荷遷移程度加大，但小于C原子取代摻雜對應(yīng)的電荷遷移程度。導(dǎo)致團(tuán)簇穩(wěn)定性下降的Be原子取代摻雜，電荷發(fā)生了同上方向相反的轉(zhuǎn)移。團(tuán)簇中軌道布居數(shù)分布計算結(jié)果支持了上述電荷轉(zhuǎn)移的方向、程度與團(tuán)簇穩(wěn)定性間的關(guān)聯(lián)，同時進(jìn)一步表明，基底金屬