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Al和O间隙原子对-Al2O3热力学性质影响的第一性原理计算

黄鳌 卢志鹏 周梦 周晓云 陶应奇 孙鹏 张俊涛 张廷波

Al和O间隙原子对-Al2O3热力学性质影响的第一性原理计算

黄鳌, 卢志鹏, 周梦, 周晓云, 陶应奇, 孙鹏, 张俊涛, 张廷波
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  • Al粒子作为铝热剂中的主要金属还原剂,通常会自发氧化而在表面形成Al2O3钝化层.Al和O原子的扩散渗透将使Al2O3壳层的结构和热力学性质发生变化进而对铝热剂的点火过程产生影响.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合准简谐徳拜模型和晶格动力学理论,计算并比较了-Al2O3,Al原子掺杂-Al2O3以及O原子掺杂-Al2O3在高温高压下的相关热力学性质,讨论了Al和O原子掺杂对其热力学性质的影响.结果表明:在研究的温度和压力范围内,Al和O间隙原子的掺杂将使-Al2O3的体模量减小,热容和热膨胀系数增大.这一结果意味着对于外表面包覆Al2O3的纳米Al粒子而言,高温高压下Al和O原子在Al2O3壳层中的扩散将使得Al2O3更具延展性而不利于发生剧烈散裂.
      通信作者: 卢志鹏, luzhipeng_2005@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学青年科学基金(批准号:11502244)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-11
  • 修回日期:  2016-10-16
  • 刊出日期:  2017-01-05

Al和O间隙原子对-Al2O3热力学性质影响的第一性原理计算

  • 1. 武警警官学院数学与物理学系, 成都 610213;
  • 2. 中国工程物理研究院化工材料研究所, 绵阳 621900
  • 通信作者: 卢志鹏, luzhipeng_2005@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学青年科学基金(批准号:11502244)资助的课题.

摘要: Al粒子作为铝热剂中的主要金属还原剂,通常会自发氧化而在表面形成Al2O3钝化层.Al和O原子的扩散渗透将使Al2O3壳层的结构和热力学性质发生变化进而对铝热剂的点火过程产生影响.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合准简谐徳拜模型和晶格动力学理论,计算并比较了-Al2O3,Al原子掺杂-Al2O3以及O原子掺杂-Al2O3在高温高压下的相关热力学性质,讨论了Al和O原子掺杂对其热力学性质的影响.结果表明:在研究的温度和压力范围内,Al和O间隙原子的掺杂将使-Al2O3的体模量减小,热容和热膨胀系数增大.这一结果意味着对于外表面包覆Al2O3的纳米Al粒子而言,高温高压下Al和O原子在Al2O3壳层中的扩散将使得Al2O3更具延展性而不利于发生剧烈散裂.

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