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虚晶近似法研究AlN-Al2O3固溶体系的力学性能和电子结构

王颖 卢铁城 王跃忠 岳顺利 齐建起 潘磊

虚晶近似法研究AlN-Al2O3固溶体系的力学性能和电子结构

王颖, 卢铁城, 王跃忠, 岳顺利, 齐建起, 潘磊
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用虚晶近似方法计算了AlN-Al2O3固溶区内尖晶石相氮氧化铝(Al24O24N8, Al23O27N5和Al22O30N2)和-Al2O3, AlN的力学性能和电子结构. 结果证明虚晶近似法应用到氮氧化铝结构计算中是可行的. 力学常数计算结果和弹性模量B, 剪切模量G, 杨氏模量E反映的材料硬度变化趋势与实验基本一致;Al2O3-AlN固 溶区内五种结构均为脆性性质且Al23O27N5脆性最低, 硬度高、脆性低的特性反映了Al23O27N5优异的抗弯强度性能. 五种结构满足力学结构上的稳定性, 立方尖晶石相氮氧化铝表现为弹性各向异性. 能带和态密度的计算分析表明这五种结构均为直接宽带隙结构. 在费米能级附近, 氮氧化铝结构中阴离子的2p态和阳离子的3s, 3p态发生了轨道杂化. 理论结果与实验数据基本符合, 为进一步研究提供了一定的理论方法和依据.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50872083); 航空科学基金(批准号: 20100119003)和 中央高校基本科研业务费(批准号: 2009SCU11126)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-18
  • 修回日期:  2012-01-20
  • 刊出日期:  2012-08-20

虚晶近似法研究AlN-Al2O3固溶体系的力学性能和电子结构

  • 1. 四川大学物理系, 辐射物理及技术教育部重点实验室, 成都 610064;
  • 2. 中国科学院国际材料物理中心, 沈阳 110015;
  • 3. 四川大学物理系, 高能量密度与物理技术教育部重点实验室, 成都 610064
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 50872083)

    航空科学基金(批准号: 20100119003)和 中央高校基本科研业务费(批准号: 2009SCU11126)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用虚晶近似方法计算了AlN-Al2O3固溶区内尖晶石相氮氧化铝(Al24O24N8, Al23O27N5和Al22O30N2)和-Al2O3, AlN的力学性能和电子结构. 结果证明虚晶近似法应用到氮氧化铝结构计算中是可行的. 力学常数计算结果和弹性模量B, 剪切模量G, 杨氏模量E反映的材料硬度变化趋势与实验基本一致;Al2O3-AlN固 溶区内五种结构均为脆性性质且Al23O27N5脆性最低, 硬度高、脆性低的特性反映了Al23O27N5优异的抗弯强度性能. 五种结构满足力学结构上的稳定性, 立方尖晶石相氮氧化铝表现为弹性各向异性. 能带和态密度的计算分析表明这五种结构均为直接宽带隙结构. 在费米能级附近, 氮氧化铝结构中阴离子的2p态和阳离子的3s, 3p态发生了轨道杂化. 理论结果与实验数据基本符合, 为进一步研究提供了一定的理论方法和依据.

English Abstract

参考文献 (29)

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