钛氢合金改进嵌入原子势能的第一原理计算
用分析型嵌入原子方法计算Pd—Au合金的热力学性质
（） ２
（） ３
确定 原 子 之 间的 相 互 作 用 势 函数 ． 于 准 原 子 概 念 基 的嵌 入 原 子方 法 （ ｍ ｅｄ ｄＡ ｏ ｔｏ ， 称 Ｅ Ｍ） Ｅ ｂｄ ｅ — ｔ Ｍｅ ｄ 简 ｍ ｈ Ａ 是 一种 半 经验 的多体 势 函数 计 算 方 法 ，０年 代 中期 ８ 由 Ｄ ｗ和 Ｂ ｓｅ ａ ａｋｓ提 出… ， 于 其 简 单 方 便 ， 物 理 由 且
其中 Ｅ 是 系 统 的 总 能 量 ， 是 原 子 ｉ 的 电子 密 ０ １ 处 度 ， （ 是嵌 入 一 个 原 子 到 电 子 密 度 为 １ Ｆ １） ０ ０ 处 的 能 量 ，（ ） 原 子 的 电子 密 度 球 对 称 分 布 函 数 ， 是 ／ 是 原子 ｉ 和 之 间 的 间 距 ， （ ） 两 体 相 互 作 用 势 ， ｒ是 Ｍ（ 是 修 正项 ， 来 描 述 原 子 电 子 密 度 非 球 对 称 Ｐ） 用 分 布 所 引 起 的 系 统 总 能 量 的 变 化 ． 数 Ｆ（ 、 函 ｜ ０）
将 计 算 的 热 力 学 性 质 与 实 验 结 果 或 第 一 性 原 理 计 算 结 果 进 行 了 比较 ． ［ 键 词 ］ 嵌 入 原 子 方 法 ； 溶 解 热 ； 成 焓 ； 面 能 ； 面 聚 集 能 关 稀 形 表 表 ［ 图分 类 号 ］ Ｔ １ １３ 中 Ｇ １ ． ［ 献标识 码］ Ａ 文
普适 性 ． 为解 决 此 问题 ，０年 代 末 Ｊｈ ｓｎ发 展 了 分 ８ ｏ ｎｏ 析 型 Ｅ Ｍ 理 论 ， Ａ 但计 算 含 有 Ｐ ｄ成 分 合 金 的热 力 学 性质 时 与实 验 偏差 很 大 ． ａｋｓ 正 的 Ｅ Ｍ模 型 Ｂ ｓｅ 修 Ａ 对 Ｐ ｄ合 金 的计 算 也 不理 想 ． ｈｎ Ｚ ａｇ等在 Ｊｈ ｓｎ的 ｏｎｏ 基础 上 提 出 了新 的原 子 间 势 函数 和非 球对 称 能 量修 正项 ， 近 ， ｕ等 又进 一 步 建 立 了具 体 的 ｂ ｃ ｆ 最 Ｈ ｃ、ｃ ｃ 和 ｈｐ结 构 的分 析 型 Ｅ Ｍ模 型 ． ｃ Ａ Ｐ — ｕ合 金 由于具 有 优 良的催 化 特性 而被 广 泛 ｄＡ 应用 ， 化 性 质与 合金 的表 面热 力学 性 质 密切 相 关 ． 催 本文 应 用 Ｚ ａ ｇ和 Ｈ ｈｎ ｕ等 提 出 的修 正 的 分 析 型 Ｅ Ｍ 模 型 ， 算 了 Ｐ — ｕ合 金 系 稀 溶 解 热 、 成 焓 、 Ａ 计 ｄＡ 形 表面 能和 表 面 聚集 能 ， 论 预 测 与 已有 的 实 验 结 果 理 和第 一性 原 理计 算 结果 符 合 得很 好 ．
青岛理工大学学报2011年第32卷总目次
第 １期
约 稿
基于余力矩 的边坡临界滑动场方法及应用 …………………………………………・ ・
密 立 根 油 滴 实 验 智 能 测 试 装 置 的 设 计 … … … … … … … … … … … … … … … … … …
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・
王佳飞 ， 忠学 ， 惠翔（１） 周 王 １ ８
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李 田 俊 ， 首峰 ， 海 俊 （ ２ ） 陈 昊 １４
于
… …
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・
佳 ， 汉进 ， 刘 王
…
胜（２） １ ８
第 一 一 ～～ ３
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～ ～ ～一 一 ～～ 昆 李 ～ 莹 杨 一 一 一 赵 连一 ， 一 一 ～ ～ ，
第 ２期
约 稿
尾矿堆积坝分形结 构及其 对坝体力 学性 能的影 响研究 ……………………………・ ・
建筑 地 域性 的 层次 关 照 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… ． ．
供水 管网中细菌再生 长的直接和 间接模拟
土木 工 程
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…
吕京 庆 ， 培 培 （ ） 刘 ６
混凝土疲劳性能试验研究现状 …………………………………・ ・ 内嵌多块钢板销式连接木结构节点承载力的计算与设计方法 一 仰拱在隧道塌方险情处置中的作用效果分析 …… ……………・ ・
VASP基于第一性原理分子动力学计算的软件包简介
VASP基于第一性原理分子动力学计算的软件包简介VASP是使用赝势和平面波基组，进行第一性原理分子动力学计算的软件包。
VASP中的方法基于有限温度下的局域密度近似（用自由能作为变量）以及对每一MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混合求解瞬时电子基态。
这些技术可以避免原始的Car-Parrinello方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。
离子和电子的相互作用超缓Vanderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。
两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数量。
力与张量可以用VASP很容易地计算，用于把原子衰减到其瞬时基态中。
主要功能Ⅰ从理论角度分析：(1). 采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体；(2). 计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型；(3). 计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数)；(4). 计算材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF)；(5). 计算材料的光学性质；(6). 计算材料的磁学性质；(7). 计算材料的晶格动力学性质(声子谱等)；(8). 表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟)；(9). 从头分子动力学模拟；(10). 计算材料的激发态（GW准粒子修正)等等。
Ⅱ从应用角度分析：VASP原子和分子的基态性质计算、晶体结构参数的优化、晶体的电子结构计算、晶体的磁学性质计算、分子动力学模拟。
特别是研究材料的磁学性能、固体表面性质方面有独到的功能。
应用举例：例1，高压下氢吸附在Mg中，可能形成的不同结构的状态方程。
本工作发表在 Phys. Rev. Lett., 89 (17), 2002. 杂志上。
Calculated unit-cell volume vs total-energy relations for MgH2 in actual and possible structural arrangements as obtained from VASP.例2，经过研究发现新的吸附方式本工作发表在Phys. Rev. B 67 235403 (2003)杂志上。
共晶Ga-Sn_与10Li-GaSn_的第一原理分子动力学研究
第27卷第4期粉末冶金材料科学与工程2022年8月V ol.27 No.4 Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy Aug. 2022 DOI:10.19976/ki.43-1448/TF.2022014共晶Ga-Sn与10Li-GaSn的第一原理分子动力学研究丁安，王建川(中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083)摘要：液态共晶Ga91.6Sn8.4可作为锂离子电池的负极。
本文采用第一原理分子动力学方法对Ga91.6Sn8.4和嵌锂10%(摩尔分数，%，下同)的Ga91.6Sn8.4(10Li-Ga91.6Sn8.4)的结构和动力学特性进行对比分析。
结果表明，Ga91.6Sn8.4与10Li-Ga91.6Sn8.4在结构上没有明显差异，为短程有序，但Li的嵌入使得10Li-Ga91.6Sn8.4径向分布函数的第二峰出现“劈裂”，表明体系有序度增加，熔化温度提高。
10Li-Ga91.6Sn8.4中，Li的嵌入使得体系中各原子的扩散系数减小，Li-Sn原子间相互吸引力明显强于Li-Ga，充电过程中，Ga91.6Sn8.4液态金属锂离子电池呈现液体向固体转变的趋势。
关键词：Li-Ga-Sn体系；第一原理分子动力学；液态结构；扩散系数；黏度中图分类号：O756文献标志码：A 文章编号：1673-0224(2022)04-345-06Ab initio molecular dynamics study on eutectic Ga-Sn and10Li-GaSnDING An, WANG Jianchuan(State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: The eutectic Ga91.6S n8.4 liquid metal can be served as the anode in Li-ion batteries. In this paper, the structure and kinetic properties of Ga91.6Sn8.4 and Ga91.6Sn8.4 with 10% (mole fraction, %, the same below) lithium intercalation (10Li-Ga91.6Sn8.4) were compared and analyzed by ab initio molecular dynamics. Calculation results show that there is no obvious differences in liquid structure between Ga91.6Sn8.4 and 10Li-Ga91.6Sn8.4, both of them exhibit short-range order.The introduction of Li induces the second peak of the radial distribution function of 10Li-Ga91.6Sn8.4 appear “split”, indicating that the order of the system increases and the melting points increases. In 10 Li-Ga91.6Sn8.4, the intercalation of Li reduces the diffusion coefficient of each atom in the system, and the attraction between Li-Sn atoms is significantly stronger than that of Li-Ga. Therefore, during the charging process, the Ga91.6Sn8.4 Li-ion liquid metal battery exhibits the tendency of liquid-to-solid transition.Keywords: Li-Ga-Sn system; ab initio molecular dynamics; liquid structure; diffusion coefficient; viscosity随着传统能源的匮乏和环境的日益恶化，液态金属作为一种新型的电化学储能技术逐渐走进人们的视野[1]。
钛合金介绍
钛合金合金化原理强韧化机制及其应用前言钛发现于18世纪末，但由于化学活性高，提取困难，直到1910年金属钛才被美国科学家用钠还原法(亨特法)提炼出来。
1936年卢森堡科学家克劳尔用镁还原法(克劳尔法)还原TiCl4，制得海绵钛，奠定了金属钛生产的工业基础。
其技术转让到美国，1948年在美国首先开始海绵钛的工业生产。
中国继美、日、前苏联之后，于1958年开始钛的生产。
一钛合金的合金化原理1 将钛的合金元素分成三类：α相稳定元素，能提高α→β相的转变温度，扩大α相区，如铝和氧、氮等；中性元素，在α相和β相中均有较大固溶度，对α⇔β相变温度影响不大，如锡、锆等。
β相稳定元素，一般是降低β相的转变温度，扩大β相区，它又可分两小类。
产生β相共析分解的元素，如Cr、Mn、Fe、Cu、Ni、Co、W等。
随温度降低，β相发生共析分解，析出α相及金属间化合物（图c）。
二元相图上不产生β相共析分解，但慢冷时析出α相，快冷时有α’马氏体相变，包括Mo、V、Nb、Ta等。
稳定β相的能力是Mo＞V＞Nb＞Ta。
2 β相稳定元素含量与淬火快冷组织关系当β相稳定元素含量较低时，β发生马氏体相变，形成α’相。
当含量达到C1之前，β相发生完全的马氏体相变；在C1到C2区间，可以有部分β相残留，得到α’＋残余β相组织。
当含量达到C2时，马氏体转变完全被抑制，只有残留β相（机械不稳定，在应力作用下分解）存在。
当含量≥C3时，为机械稳定β相（非热力学稳定，回火时分解）。
当元素含量超过C4时才得到室温热力学稳定的β相。
3 气体杂质元素的分类与作用氧稳定α相元素，提高α→β相转变温度。
占据八面体间隙位置，产生点阵畸变，提高强度、降低塑性。
氮与氧类似，是强稳定α相元素，提高α→β相转变温度，强烈提高强度而降低塑性。
氢稳定β相，降低塑性和韧性。
钛中的氢很容易引起“氢脆”。
335℃时氢在α-Ti中的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速下降，从钛固溶体中析出氢化钛而引起的脆性。
Ti-Mo合金吸氢动力学的同位素效应
（ ｎ ｔ ｕｅ ｆ Ｎｕ ｌ ｒＰ ｙ ｉ ｎ ｈ ｍｉ ｒ Ｃ ｉａＡ ａ ｅ ｆ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｐ ｙ ｉｓ Ｉ ｓ ｔｔ ｃｅ ｈ ｓ ｓ ｄ Ｃ ｅ ｓ ｙ， ｈ ｎ ｃ ｄ ｍｙ ｏ ｎ ｉｅ ｒｎ ｈ ｓ ， ｉ ｏ ａ ｃａ ｔ ｃ
Ｍｉｎ ａ ｇ ６ １０ ａ ｙ ｎ ２ ９ ０，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
第 ４ 卷 第１ 期 ２ Ｏ
２ ０ 年 １ 月 ０８ Ｏ
原
子
能
科
学
技
术
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ １ １４ ， ． ０
Ｏｃ ． ２ ０ ｔ ０８
Ａｔ ｍｉ ｅ ｇ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｃ Ｅｎ ｒ ｙ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
Ｔ— ｉ Ｍｏ合 金 吸氢 动 力 学 的 同位 素效 应
素效 应 进 行 研 究 。采 用 磁 悬 浮 熔 炼 方 法制 备 ５种 不 同组 成 的 Ｔｉ ｚ一０ ０ 、． ３ ０ ２ 、 ． ０ １ ０ ， Ｍｏ （ ． ３ ０ １ 、． ５ ０ ５ 、 ．０ Ｍｏ Ｔｉ 子 比） ／ 原 固溶 体 合 金 ， 定 容 变 压 法 测 试 了 ２ ０ ６０ ℃ 范 围 内 的 吸 氘 动 力 学 性 能 。结 合 前 期 吸 用 ５ ５
ｄ ｃ ｅ ｓ ｓｗｈｅ ｈ ｏ ｔ ｎ ｏ ｒｓ ｓ ｆｏ ０ ｔ ２ ｅ ｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏｆＭ ｉｅ ｒ ｍ ｏ ０． ５，ａ ｄ ｉ ｒ ａ ｅ ｎ ｎｃ ｅ ｓ ｓｗｈｅ ｔ ｏ ｔ ｎ ｎ ｈｅ ｃ ｎ ｅ ｔ
ｒｓ ｓｏ ｅ ． ５，ａ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ５ — ５ ℃ ． Ｔｈ ｃ ｉ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ ｇ ｈ ｗｓ ｉｅ ｖ ｒ０ ２ ｔ ｔ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｇ ｆ ４ ０ ６ ０ ｅ ａ ｔ ｔｏ ｎ ｒ ｙ ｓ ｏ ｖ ｎ ｇ ｔｖ 。ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｇ ５ — ５ ℃ ．Ｃｏ ａ ｅ ｔ ｒ ｔｕ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｅ ａ ｉｅ ｅ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｒ ｎ ｅ ｉ ２ ０ ４ ０ ｓ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉｈ ｐ ｏ ｉ ｍ ｂ ｏ ｐ ｉ ｏ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｅ ｔｐ ｅ ｉ ｕ ｅ ｉ ｄ ｈ ｒ ｔｕ ｃ ｎ ｅ ｔｉ ｌ ｙ ｓ ｈ ｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ａ ｒ ｖ ｏ ｓｐ ｒ ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｉ ｍ ｏ ｔ ｎ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｉ ｈ ｒ ｔ ａ ｈ ｏ ｏ ｄ ｕ ｅ ｉ ｍ ｏ ｔ ｎ ｔｔ ｅ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｇ ｆ２ ０ ６ ０ ℃ 。ｓ ｏ ｎ ｅ ａ ｉ ｅｔ ｅ ｍｏ ｙ ｅ ｔ ｒｕ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ５ — ５ ｈ ｗｉ ｇ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｄ — ｖ ｎ ｍｉ ｓ ｔ ｐ ｆｅ ｔ Ａｔ ４ ０ ６ ０ ℃ ，ｈ ｉ ａ ｄ ｒ ｆ ｒ ｔ ｅ ａ ｌ ｙ ｏ ａ ｓ ｒ ｅ ｔ ｒｕ ， ａ ｃ ｉｏ ｏ ｅ ｅ ｆ ｃ ． ５— ５ Ｓ ｈ ｒ ｅ ｏ ｈ ｌ ｓ ｔ ｂ ｏ ｂ ｄ ｕ ｅｉ ｍ ｏ ｗｈ ｌ ｉ ｏ ｒ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｇ ，２ ０ ４ ０ ℃ 。ｔ ｅ ａ ｌ ｙ ｈ ｗ ｒ ｃ ｉ ｅ ｔ ｂ ｏ ｂ ｉ ｎ ｌ ｗｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｅ ５ — ５ ｅ ｈ ｌ ｓ ｓ ｏ ｍｏ ｅ力 学 的研 究 结 果 可 知 ， ２ ０ ６０℃ 范 围 内 ， 金 的 平 衡 吸 氕 量 略 大 于 合 金 的平 衡 吸氘 量 。Ｍｏ含 在 ５ ５ 合 量 小 于 １ ０ ， 低 温 （ ５ ￣ ４ ０℃ ） ， 金 的吸 氘 表 观 活 化 能 均 为 负值 。 高温 （５ ￣６ ０℃ ） ， 金 的 ．Ｏ 在 ２０ ５ 下 合 ４０ ５ 下 合
钛铁系储氢合金
FeTi吸氢，首先是氢分子被吸附到FeTi表面上，其中一些氢分子离解成氢原子。然后，这些氢原子进人金属晶体，占据晶格间隙。当气压力升高时(通常在某种临界浓度和压力下)，金属被氢饱和而使金属进人一个新相，即氢化物相。如氢压进一步提高，最后都变成金属氢化物相。由于金属晶格中有许多间隙位置，可以高度紧密地容纳大量氢。 但是其缺点是吸氢和放氢循环中具有比较严重的滞后效应。为改善TiFe合金的储氢特性，可用过渡金属Co，Cr，Cu，Mn，Mo，Ni，Nb，V等置换部分铁形成多元合金以实现常温活化。过渡金属的加入，使合金活化性能得到改善，氢化物稳定性增加。
（3）分离、回收氢:工业生产中，有大量含氢的废气排放到空中白白浪费了。如能对其加以分离、回收、利用，则可节约巨大的能源。利用储氢合金分离氢气的方法与传统方法不同，当含氢的混合气体(氢分压高于合金-氢系平衡压)流过装有储氢合金的分离床时，氢被储氢合金吸收，形成金属氢化物，杂质排出；加热金属氢化物，即可释放出氢气。
ห้องสมุดไป่ตู้参考文献
（1）大角泰著.金属氢化合物的性质与应用[M].吴永宽译,北京化学工业出版社，1990
（2）刘永平,赵罡,李荣等.储氢合金的开发与应用[J].重庆大学学报,2003
（3）李全安,陈云贵,王丽华.贮氢合金的开发与应用[J ].材料开发与应用, 1999, 14 (3).
嵌入原子势(EAM)方法理论基础
[转]嵌入原子势(EAM)方法理论基础solomon 发表于2006-7-3 8:53:00对于过渡金属和半导体，体系的总能量并不适合用二体势来描述。
其中很重要的一个原因是二体势对于体原子和表面原子等同处理，而在实际情况中，通常是表面原子形成的键比较少，但是每个键比较强。
二体势不能很好描述的一个例子是在金属中，空穴形成能和结合能的比值通常介于1/4至1/3之间，但是，用二体势得到的结果为1。
另外一个例子是氢原子在过渡金属中的能量不能被很好地描述[1]。
为了克服这些困难，人们引入了Embedded Atom Method（EAM）方法。
EAM方法又被称为嵌入原子势方法，最早由DAW和BASKES提出[1]。
因为EAM模型很好的描述了金属的结合能的形成类似于将金属的原子核嵌入在自由电子气的性质，所以在研究金属体系方面取得了巨大成功。
新近的研究将EAM方法拓展到研究合金，表面催化等领域。
从本质上来说，EAM方法是一种多体势方法。
其中心思想是将原子周围复杂的环境用胶冻模型简化描述（所谓胶冻指的是在均匀正电荷背景上的均匀电子气）。
在嵌入原子势方法中，主要的参数都放在原子的电子密度表示及相关形式中，这样就把"原子对间"的性质主要归结到"原子"的性质，大大的简化了计算。
在EAM下，我们可以将体系的总能分为两部分，一部分是所研究原子的嵌入能，另一部分是其余的所有构成固体的原子之间的斥能。
两项对总能的贡献可以简略的用图来表示。
图1。
体系的总能量可以表示为嵌入能和斥能之和所以对于有$N$个电子的体系，体系总能量在EAM框架下可以表达为其中，第一项G是嵌入能，表示将原子i嵌入电荷密度\rho的能量。
\rho是其他近邻原子在R处产生的电荷密度。
在一级近似下，此嵌入能可以表示为计算各个原子在密度为$\rho$的均匀电子气中的能量[2]。
图2(a)给出了Ni原子的嵌入能随均匀背景电子气密度变化。
钛合金的合金化原理
钛合⾦的合⾦化原理四、钛合⾦的合⾦化原理1．钛合⾦的合⾦化特点钛合⾦的性能由Ti 同合⾦元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对α?β转变的影响等来决定。
⽽这些影响⼜与合⾦元素的原⼦尺⼨、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电⼦浓度等有关。
但作为Ti合⾦与其它有⾊⾦属如Al、Cu、Ni 等⽐较，还有其独有的特点，如：（1）利⽤Ti 的α?β转变，通过合⾦化和热处理可以随意得到α、α + β和β相组织；（2）Ti 是过渡族元素，有未填满的d 电⼦层，能同原⼦直径差位于±20％以内的置换式元素形成⾼浓度的固溶体；（3）Ti 及其合⾦在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C 等间隙式杂质发⽣反应，使性能发⽣强烈的改变；（4）Ti 同其它元素能形成⾦属键、共价键和离⼦键固溶体和化合物。
Ti 合⾦合⾦化的主要⽬的是利⽤合⾦元素对α或β相的稳定作⽤，来控制α和β相的组成和性能。
各种合⾦元素的稳定作⽤⼜与元素的电⼦浓度（价电⼦数与原⼦的⽐值）有密切关系，⼀般来说，电⼦浓度⼩于4 的元素能稳定α相，电⼦浓度⼤于4的元素能稳定β相，电⼦浓度等于4 的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。
⼯业⽤Ti 合⾦的主要合⾦元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu 和Si等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三⼤类。
能提⾼相变点，在α相中⼤量溶解和扩⼤α相区的元素叫α稳定元素；能降低相变温度，在β相中⼤量溶解和扩⼤β相区的元素叫β稳定元素；对转变温度影响⼩，在α和β相中均能⼤量溶解或完全互溶的元素叫中性元素。
按合⾦元素与Ti 的反应特点或⼆元状态图的类型，可以分成四⼤类（图1-44）：（1）α稳定型状态图（图1-44(a)）Al、Ga、Sn 和间隙式元素C、N、O 等与Ti 形成这种状态图。
这些元素分别属于ⅢB~ⅥB 族，外层电⼦（S、P）数＜4，如Al 为3S2P1，故为α稳定元素；Sn 的外层电⼦为5S2P2=4，对相变温度影响⼩，故⼜属于中性元素。
钛的相互作用势的构建
子动 力 学 方法 测试 了钛 的结 构 稳 定性 ． 据 测 试 的 结 果得 出该 势 函数 能较 好 地 再 现 钛 的 结 构 稳 定 性 和 力 学 性 根
质． 关键 词 ： Ｏ ； ； 小二 乘 法 ＢＰ钛 最
中图分 类 号 ： ４９ ０ ６
文 献标 志码 ： Ａ
文章 编 号 ：６４— ２ ８ ２ １ ）２— ０ ８— ３ １７ ５４ （０ １ ０ ０２ ０
０ 引言
作为重要储氢材料 ， 钛具有 吸氢量大 、 易活 化 、 吸放 氢 快等优点． 关于钛氢体 系的第 一性原 理研 究很多 ． ｕＱｎ Ｘ ｉ ｇ
—
＝
唧 ［／ ＿３网
）’ ］
（） ３
式（） ２ 表示 排斥项 ， （ ） 式 ３ 表示吸 引项．
原子间 的相互 作用范 围通 过截 断函数ｆ （ ） 决定 ： ｒ来
．
ｃｕｎ等采用第 一性 原理 研 究 了钛 氢化 物 的结 构 稳定 ｈａ
１，
≤ Ｒ — Ｄ
性 ， ． ．ａ 等采 用 密度 泛 函理 论 研 究 了钛 的 吸 氢性 …Ｓｘ Ｔｏ
质 ，２ ． ． ｉｎ ＿Ｃ Ｐ Ｌａｇ等用 Ｖ Ｓ Ａ Ｐ研 究 了钛 氢体 系 的结 构稳 定
ｆｒ｛～ｓ手ｒ）） －≤，） ＝１１ （ ＤＩｒＤ（ ｃ —／， ｆ ４ （ ） Ｒ
用 Ｂ Ｐ作用势来描述 ， Ｏ 因此 ， 本文 采用 Ｂ Ｐ来描述钛 的相 Ｏ
式（） １ 中的 ６表示原 子 间键 和键之 间的相互作用 ，
ｂ ＝（ １
其 中
（
）
，
（） ５
萎 （ ｇ（ ） ｐ （ — ］（ ） ｅ ［ ｒ ）， ） ｘ ６
固态电解质中的第一性原理计算应用
固态电解质中的第一性原理计算应用作者：史卫梅来源：《科学导报·学术》2020年第46期摘; 要：锂金属具备理论容量高，还原电势低等优点，是最具潜力的高能量密度电池负极材料。
由于金属锂化学性质活泼，易与电解质反应生成不稳定电极界面，影响电池使用。
锂离子电池具有比能量高、循环寿命长等优点，是目前使用广泛的移动能源存储装置，使用固态陶瓷材料替换传统液态有机电解质可以提高电池安全性，研究固态电解质材料有助于推动全固态锂电池技术发展，应用第一性原理计算可以获知材料微观晶体结构，理化性质等信息，可以极大的提高固态电解质材料的研发效率。
本文主要介绍第一性原理计算模拟在锂离子导电率、动力学稳定性等方面应用，展望计算模拟重点突破方向。
关键词：固态电解质;第一性原理;锂电池随着社会经济的发展，人类对能源需求快速增长。
传统石化能源储量萎缩，使得建立清洁经济新能源体系尤为重要。
大部分清洁能源如风能等受到时空等自然条件限制，不能直接作用于生活中。
应用便携式储能装置非常必要，电池在能源转化和存储中发挥重要作用，锂电池具有许多优异性能，在笔记本电脑、电子产品等诸多与人们相关领域得到广泛应用。
传统锂电池采用易燃有机液态电解质，在电池发生过充等异常情况时易发生气胀，引起严重安全事故。
全固态锂电池采用不挥发固态陶瓷材料，可以提高电池安全性能。
全固态锂电池具有能量密度高，工作温度范围广，柔性好等优势。
第一性原理计算是诸多理论计算中的重要方法之一，广泛应用于计算物理化学等领域，其主要特点是对体系进行非经验处理，输入原子种类即可获得体系晶体结构等基本性质。
基于密度泛函理论计算的第一性原理计算模拟，通过多种计算软件均可实现，如CASTEP，SIESTA 等。
计算机硬件水平的不断提升，促进大体系，高通量计算的快速发展，第一性原理计算模拟也得到更好的发挥空间，在固态电解质材料研发中，第一性原理计算模拟有助于了解充放电中发生锂离子扩散，材料结构变化等现象，分析晶体结构，可为实验提供重要参考和理论依据。
钛稀土固态储氢原理
钛稀土固态储氢技术是当前储氢领域的研究热点之一，它主要是基于稀土元素和钛元素的化合物来存储氢气。
以下是钛稀土固态储氢的基本原理：
1. 储氢材料的选取：
- 钛稀土固态储氢材料通常选取具有较大储氢能力的稀土金属或其合金，如镧系和锕系元素，以及钛或其合金。
这些材料能够与氢原子形成稳定的化合物，从而实现氢气的储存。
2. 吸附氢气：
- 在一定的温度和压力条件下，氢气被吸附到钛稀土材料的表面。
吸附过程中，氢原子与材料表面的金属原子形成金属氢化物。
3. 形成金属氢化物：
- 金属氢化物是钛稀土材料与氢气反应生成的化合物，这些化合物在固态下能够稳定地储存氢气。
金属氢化物的储氢容量高，可达6%乃至更高。
4. 释放氢气：
- 当需要释放氢气时，可以通过加热或者施加压力等方法，使金属氢化物分解，释放出氢气。
这个过程中，金属氢化物分解成金属和氢气。
5. 循环使用：
- 释放出的氢气可以用于各种工业生产和能源转换过程。
而金属氢化物则可以重新吸附更多的氢气，实现循环使用。
钛稀土固态储氢材料的优势在于其较高的储氢容量、良好的储氢稳定性和可逆性，以及相对较低的成本。
这些特点使得钛稀土固态储氢技术在储能、氢能开发等领域具有广泛的应用前景。
钛的亲和能-解释说明
钛的亲和能-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:钛是一种广泛应用于各个领域的金属元素，具有许多优异的性质和特点，其中之一就是其亲和能。
钛的亲和能指的是它与其他元素或化合物结合的倾向性，这种特性在材料科学和工业领域具有重要的意义。
钛的亲和能取决于其电子结构和原子半径等因素，使其能够与许多元素形成稳定的化合物。
这种特性使得钛在合金制备、生物医学器械、航空航天等领域有着广泛的应用。
本文将深入探讨钛的亲和能以及其在各个领域中的重要性，以期更好地理解和利用这一金属元素的优秀特性。
1.2 文章结构文章结构部分：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将简要介绍钛的亲和能的背景及重要性，并说明本文的目的和结构。
正文部分将围绕钛的性质、钛的亲和能和钛的应用展开详细阐述。
首先介绍钛的基本性质，包括物理性质、化学性质等方面，然后重点讨论钛的亲和能，包括其定义、测定方法和影响因素等内容。
最后，阐述钛在各领域的应用情况，如航空航天、医疗器械等。
结论部分将对钛的亲和能的特点进行总结，分析钛在工业和科学领域的重要性，并展望钛材料的未来发展方向。
通过对钛的亲和能进行深入的探讨，有助于提高人们对钛材料的认识和应用水平，推动其在各领域的发展和应用。
1.3 目的文章目的：本文旨在探讨钛的亲和能对其在工业和科学领域的应用以及未来发展的重要性。
通过深入研究钛的性质和亲和能，可以更好地了解这种重要金属材料的特点和优势，为工程师和科研人员提供更多关于钛材料的知识和应用价值。
同时，通过展望钛材料在未来的发展前景，可以为相关领域的技术创新和产业发展提供参考和启示。
希望通过本文的阐述，能够进一步促进钛材料在各个领域的广泛应用和推动其未来发展。
2.正文2.1 钛的性质钛是一种化学元素，其化学符号为Ti，原子序数为22，属于第4周期的过渡金属元素。
钛具有非常优良的物理和化学性质，使其在许多领域得到广泛应用。
首先，钛具有较轻的密度和高的强度，是一种强度和硬度非常高的金属材料。
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼ISM熔炼技术（Induction Skull Melting），即感应凝壳熔炼技术，是随着熔炼钛合金等活泼金属的需要而发展起来的，是当前熔炼活性钛合金的最好方法，它不仅对合金无污染，而且合金熔体成分、温度、过热度易于控制。
该方法原理是坩埚周围布置的通电线圈使被熔炼金属感应生成与通电线圈位相相反的电流，感应电流产生的焦耳热使金属熔化，且位相相反的电流之间存在着作用力与反作用力，使被熔化的金属上浮不与坩埚接触。
该熔炼方法的特点是熔融金属不与坩埚接触，可大幅度降低热损耗。
该方法目前已实用化。
ISM熔炼技术的研究开始于19世纪50年代，最初由美国Scheppenient研制出可熔炼0.9kg钛的水冷坩埚。
目前，美国已建成容量达200kg的冷坩埚熔炼炉。
俄国的冷坩埚技术在世界领先，已经有系列的ISM设备，能够生产出重达几吨的铸件。
国内对ISM技术的研究从20世纪80年代初开始。
国内开展ISM研究的单位主要有哈尔滨工业大学，西北有色金属研究院，原冶金部钢铁研究总院等一些高校和研究所。
国内ISM熔炼技术的研究起步较晚，但是也取得了一些具有国际先进水平的独创性成果，较好地指导了活泼金属及合金熔炼。
自耗电极电弧炉对电极的质量要求很高，对原料要求也较高。
电子束炉、等离子弧炉要求电源功率较大，成本相对提高。
另外，这些熔炼方法所造成的熔池较浅，增大熔池体积只增大了表面积，而导致元素的挥发损失，这对控制合金成分是不利的。
由于感应电流有趋肤效应，在理论上利用上述熔炼方法中所使用的水冷铜坩埚无法通过感应加热而使金属熔化。
当采用导电的坩埚熔炼金属时，由于感应电流的趋肤效应，坩埚本身被加热，坩埚壁上的感应电流过高，影响了炉料所吸收的功率，只能熔化熔点低于坩埚材料的金属。
若用水冷却坩埚，所产生的热量绝大部分被水带走，炉料难以被加热熔化。
若将坩埚开一条缝或几条缝，则坩埚内磁场衰减很少，此时感应圈的功率主要消耗在炉料上。
钛-氢体系晶体结构和能量的第一原理计算
钛-氢体系晶体结构和能量的第一原理计算
韩秀丽;王清;孙东立;张红星
【期刊名称】《中国有色金属学报》
【年(卷),期】2008(018)003
【摘要】采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法研究了不同钛-氢摩尔比的α-Ti-H和β-Ti-H晶体的稳态几何结构,进行了稳态晶体的总能量计算.结果表明:氢引起α-Ti和β-Ti晶格点阵畸变,晶体体积膨胀.计算得到的不同钛-氢摩尔比的α-Ti-H和β-Ti-H晶体结合能分别小于α-Ti和β-Ti晶体结合能,表明氢原子降低了α-Ti和β-Ti晶体的结合能.氢原子在β-Ti晶体中的占位随氢含量变化,低氢含量时易占据四面体间隙位置,高氢含量时倾向于占据八面体间隙位置.
【总页数】6页(P523-528)
【作者】韩秀丽;王清;孙东立;张红星
【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;吉林大学,理论化学计算国家重点实验室,长春,130023
【正文语种】中文
【中图分类】TG111
【相关文献】
1.Co、Ni对LiNH2体系解氢性能影响的第一原理计算 [J], 陈益林;袁江;周惦武;夏罗生;韦肖飞
2.氢对钛晶体弹性模量影响的第一原理研究 [J], 韩秀丽;王清;孙东立;孙涛;郭强
3.MgH2-Ti体系解氢能力的第一原理计算 [J], 周惦武;彭平;刘金水
4.MgH2-X(X=Si,Ge,Sn,Pb)体系解氢能力的第一原理计算 [J], 周惦武;刘金水;张健;彭平
5.钛氢合金改进嵌入原子势能的第一原理计算 [J], 郎巧霖
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理学原子间相互作用势
微观尺度材料设计原子间相互作用势
❖原子间相互作用势-EAM势
在FBD- EAM方法中, 排斥对势的形式为
ij(r)Z i(r)Zj(r)/r
Z (r ) Z 0 (1 r)e x p (r )
(6-12)势非常接近。
微观尺度材料设计原子间相互作用势
❖原子间相互作用势-对势
Born-Mayer势： Born-Mayer势是为了描述离子晶体中 离子间的闭壳层电子所产生的排斥作用而提出的, 其一般 形式为
(r)AeBr
Born-Mayer势中的参数A, B一般是通过平衡态的晶体数
据确定的。
微观尺度材料设计原子间相互作用势
ij1
ijk1
U3(ri, rj, rk) = h(rij, rik, jik)+ h(rjk, rji, kji)+ h(rki, rkj, ikj) 是
一个三体角关联项。
微观尺度材料设计原子间相互作用势
❖原子间相互作用势-共价键势
Tersoff 势和Brenner势 ：Tersoff 势和Brenner势起源于
微观尺度材料设计原子间相互作用势
❖原子间相互作用势-EAM势
EAM理论的基本假设是认为金属中某一点的电子 密度是其周围原子贡献的线性组合, Foiles进而要 求系统中原子的能量满足Rose等人提出的金属的 状态方程
E ( a * ) E s u b ( 1 a * )e x p ( a * )
地描述van der Waals相互作用占主导地位的体系； 对势函数仅描述恒定的材料平均密度下系统能量随原
子构型的变化, 这类对势适用于描述sp-价态金属。
微观尺度材料设计原子间相互作用势
❖原子间相互作用势-对势
嵌入原子势(EAM)方法理论基础
[转]嵌入原子势(EAM)方法理论基础solomon 发表于2006-7-3 8:53:00对于过渡金属和半导体，体系的总能量并不适合用二体势来描述。
其中很重要的一个原因是二体势对于体原子和表面原子等同处理，而在实际情况中，通常是表面原子形成的键比较少，但是每个键比较强。
二体势不能很好描述的一个例子是在金属中，空穴形成能和结合能的比值通常介于1/4至1/3之间，但是，用二体势得到的结果为1。
另外一个例子是氢原子在过渡金属中的能量不能被很好地描述[1]。
为了克服这些困难，人们引入了Embedded Atom Method（EAM）方法。
EAM方法又被称为嵌入原子势方法，最早由DAW和BASKES提出[1]。
因为EAM模型很好的描述了金属的结合能的形成类似于将金属的原子核嵌入在自由电子气的性质，所以在研究金属体系方面取得了巨大成功。
新近的研究将EAM方法拓展到研究合金，表面催化等领域。
从本质上来说，EAM方法是一种多体势方法。
其中心思想是将原子周围复杂的环境用胶冻模型简化描述（所谓胶冻指的是在均匀正电荷背景上的均匀电子气）。
在嵌入原子势方法中，主要的参数都放在原子的电子密度表示及相关形式中，这样就把"原子对间"的性质主要归结到"原子"的性质，大大的简化了计算。
在EAM下，我们可以将体系的总能分为两部分，一部分是所研究原子的嵌入能，另一部分是其余的所有构成固体的原子之间的斥能。
两项对总能的贡献可以简略的用图来表示。
图1。
体系的总能量可以表示为嵌入能和斥能之和所以对于有$N$个电子的体系，体系总能量在EAM框架下可以表达为其中，第一项G是嵌入能，表示将原子i嵌入电荷密度\rho的能量。
\rho是其他近邻原子在R处产生的电荷密度。
在一级近似下，此嵌入能可以表示为计算各个原子在密度为$\rho$的均匀电子气中的能量[2]。
图2(a)给出了Ni原子的嵌入能随均匀背景电子气密度变化。
修正原子嵌入法
修正原子嵌入法修正原子嵌入法是一种常用的计算材料物理学方法，它可以用来研究材料的表面和界面性质，以及材料的缺陷和变形等问题。
本文将介绍修正原子嵌入法的基本原理、应用和发展趋势。
一、基本原理修正原子嵌入法是一种基于分子动力学模拟的方法，它通过模拟原子在材料表面或界面的运动，来研究材料的性质。
该方法的基本原理是将一个小球（模拟原子）嵌入到材料表面或界面中，然后通过计算嵌入能来确定材料的表面或界面性质。
嵌入能是指将一个原子嵌入到材料表面或界面中所需的能量，它可以用来描述材料的结构和化学性质。
修正原子嵌入法的基本思想是将一个小球嵌入到材料表面或界面中，然后通过计算嵌入能来确定材料的表面或界面性质。
嵌入能可以通过分子动力学模拟来计算，它是指将一个原子嵌入到材料表面或界面中所需的能量。
嵌入能越大，表明材料的表面或界面越难被嵌入，也就意味着材料的表面或界面越稳定。
二、应用修正原子嵌入法在材料科学中有着广泛的应用，它可以用来研究材料的表面和界面性质，以及材料的缺陷和变形等问题。
下面将介绍一些具体的应用。
1. 表面和界面性质研究修正原子嵌入法可以用来研究材料的表面和界面性质，例如表面能、界面能、界面结构等。
通过计算嵌入能，可以确定材料表面或界面的稳定性，从而预测材料的表面或界面性质。
2. 缺陷研究修正原子嵌入法可以用来研究材料的缺陷，例如晶格缺陷、点缺陷、位错等。
通过模拟缺陷的形成和演化过程，可以研究缺陷对材料性质的影响，从而为材料设计和制备提供指导。
3. 变形研究修正原子嵌入法可以用来研究材料的变形行为，例如塑性变形、弹性变形等。
通过模拟材料的变形过程，可以研究材料的力学性质和变形机制，从而为材料设计和制备提供指导。
三、发展趋势修正原子嵌入法在材料科学中有着广泛的应用，但是它也存在一些局限性。
例如，该方法只能模拟小尺寸的材料，难以模拟大尺寸的材料；该方法只能模拟静态的材料，难以模拟动态的材料。
因此，未来的发展趋势是将修正原子嵌入法与其他计算方法相结合，以提高计算效率和精度。
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和 其 他 作 者 的计 算 值 ． 进行 了相 应 的 分 子 动 力 学 计 算 用 以 验 证 所 得 的参 数 ． 拟 了 氢 原 子 占据 ∑７ １ ３ ） 并 模 （２ ０
晶界附近的八面体间隙 中心位置 的力学 行为． 对钛氢合 金势 能中 的其 他参数 也用相 同的分 子动力学模 拟进
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｌｓ ｉ ｃ ｎ ｔ ｎ ｓ ｅ ｔ ｏ ｏ ｍａ ｉ ｎ ａ ｄ ｅｅ ｔ ｏ ｅ ｓｔ ｃ ｌ ｇ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｅ ａ ｔ ｏ ｓ ａ ｔ ，ｈ ａ ｆ ｆ ｒ ｔｏ ｎ ｌ ｃ ｒ ｎ ｄ ｎ ｉｙ ｓ ａ ｉ ａ ｔ ｒ ｉ ｈ ｃ ｎ Ｔｉ ａ ｌ ｙ ｗ ｅ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｅ ｓｎ ｈ ｂ ｉ ｉ ｏ ｍ ｅ ｈ ｄ Ｔｈ ｎ ｔ ｅ ｂ ｌ ｄ ｌ ｓ ａ ｔ ｒｏ ｈ — Ｈ ｌ ｒ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ． ｏ ｉ ｅ ｈ ｕ ｋ ｍｏ ｕ ｕ 。ｆ ｃ ｏ ｆｔ ｅ ｕ ｉｅ ｓ ｌｅ ｅ ｇ ｕ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ｅ ｅ ｅ ｇ ｎ ｑ ｉ ｂ ｉ ｍ ｉｔ ｎ ｅ ｉ ｈ — ａ ｌ ｙ ｗｅ ｅ ｎ ｖ ｒ ａ ｎ ｒ ｙ ｆ ｎ ｔ ，ｃ ｈ ｓｖ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｅ ｕ ｌ ｒｕ ｄ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ＴｉＨ ｌ ｒ ｏ ｉ ｏ
第 ３ 第 ２期 ２卷
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ２ ２ １ Ｉ３ ． ０ １
青 岛 理 工 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｌ ｆ ｎ ｄ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｔｇｃ ｌ ｉ ｒｉ ｏ ｍａ ｏ ｇ ａ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｖ ｓ ｙ Ｑｉ ａ Ｕｎ ｅ ｔ
钛 氢 合 金 改进 嵌 入 原 子 势 能 的第 一 原 理 计 算
郎巧 霖
（ 国海 洋 大 学 材料 科 学 与 工 程 研 究 院 ， 岛 ２ ６０ ） 中 青 ６ １０
摘
要 ： 第 一 原 理 方 法 计 算 了钛 氢 合 金 的 弹 性 常 数 、 成 热 和 电子 密 度 因子 ， 此 基 础 上 计算 了钛 氢 合 金 的 用 形 在
体积模量 、 统一方程中的结构因子 、 黏附能和平衡距离等改进嵌入原子势能参数． 计算 结果 符合现有 的试 验值
行 了验 证 ．
关键词 ： 第一原理计算 ； 改进嵌入原子势能 ； 钛氢合金 ； 分子动力学
中 图 分 类 号 ： １ ＴＧ ４ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ ４ ０ （０ １ ０ －Ｉ ｔｏ Ｃａ ｃ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ Ｐａ ａ ｅ ｅ ｓ ｉ ＥＡＭ ｎｉｉ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｒ ｍ ｔ ｒ ｎ Ｍ Ｐｏ ｅ ｉ ｌｆ ｒ ｔ ｅ ＴｉＨ ｌ ｙ ｔ ｎｔａ ｏ ｈ ＿ Ａｌｏ