搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

单轴压缩下固态硝基苯的第一性原理研究

范俊宇 郑朝阳 苏艳 赵纪军

单轴压缩下固态硝基苯的第一性原理研究

范俊宇, 郑朝阳, 苏艳, 赵纪军
PDF
导出引用
导出核心图
  • 采用第一性原理密度泛函理论结合经典色散修正方法,对固态硝基苯在单轴压缩下的基本结构关系进行了计算.静水压缩和单轴压缩都压缩到初始平衡体积的70%.将静水压下优化后的晶胞体积、晶格参数以及平衡条件下的晶格能与实验值进行了比较,均符合较好.同时,为了充分地表征固态硝基苯的各向异性,将硝基苯沿着三个晶格矢量的方向进行单轴压缩,把每个方向的应力张量、能带带隙、每个原子能量的改变分别作为体积压缩比的函数进行了比较和分析.其中,最显著的各向异性效应是在体积压缩比为0.76时,沿X轴压缩导致硝基苯能带带隙闭合,体系呈金属化;而静水压缩或沿Y轴和Z轴压缩时体系始终呈半导体状态,带隙均大于1.59 eV.为了充分理解这一各向异性特性,我们计算了硝基苯晶体的局域态密度和电荷密度分布,并对金属化现象做出了合理的分析和解释.在不同的压力加载条件下,通过对不同物理量的计算,发现X轴方向是硝基苯晶体内部最敏感的方向.这些各向异性效应的研究将有助于人们在原子尺度上深入理解固态硝基苯的物理化学性质.
      通信作者: 苏艳, su.yan@dlut.edu.cn
    • 基金项目: 国防基础科研核基础科学挑战计划(批准号:JCKY2016212A501)、国家自然科学基金(批准号:11674046)、中国博士后科学基金(批准号:2016M592704)和大连理工大学超算中心资助的课题.
    [1]

    Zheng Z Y, Zhao J J 2016 Chin. Phys. B 25 076202

    [2]

    Sikder A, Sikder N 2004 J. Hazard. Mater. 112 1

    [3]

    Politzer P, Murray J S, Seminario J M, Lane P, Grice M E, Concha M C 2001 J. Mol. Struc.:Theochem 573 1

    [4]

    Zheng Z Y, Zhao J J 2015 Chin. J. High Pressure Phys. 29 81 (in Chinese)[郑朝阳, 赵纪军2015高压物理学报29 81]

    [5]

    Fried L E, Manaa M R, Pagoria P F, Simpson R L 2001 Annu. Rev. Mater. Res. 31 291

    [6]

    Zhang L, Chen L 2013 Acta Phys. Sin. 62 138201 (in Chinese)[张力, 陈朗2013物理学报62 138201]

    [7]

    Cheng H P, Dan J K, Huang Z M, Peng H, Chen G H 2013 Acta Phys. Sin. 62 163102 (in Chinese)[程和平, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈光华2013物理学报62 163102]

    [8]

    Meng Z R, Zhang W B, Du Y, Shang L P, Deng H 2015 Acta Phys. Sin. 64 073302 (in Chinese)[孟增睿, 张伟斌, 杜宇, 尚丽平, 邓琥2015物理学报64 073302]

    [9]

    Zhang L, Chen L 2014 Acta Phys. Sin. 63 098105 (in Chinese)[张力, 陈朗2014物理学报63 098105]

    [10]

    Boese R, Bläser D, Nussbaumer M, Krygowski T M 1992 Struct. Chem. 3 363

    [11]

    Trotter J 1959 Acta Crystallogr. 12 884

    [12]

    Larsen N W 2010 J. Mol. Struct. 963 100

    [13]

    Borisenko K B, Hargittai I 1996 J. Mol. Struct. 382 171

    [14]

    Domenicano A, Schultz G, Hargittai I, Colapietro M, Portalone G, George P, Bock C W 1989 Struct. Chem. 1 107

    [15]

    Clarkson J, Smith W E 2003 J. Mol. Struct. 655 413

    [16]

    Kozu N, Arai M, Tamura M, Fujihisa H, Aoki K, Yoshida M 2000 Jpn. J. Appl. Phys. 39 4875

    [17]

    Kobayashi T, Sekine T 2000 Phys. Rev. B 62 5281

    [18]

    Liu H, Zhao J, Du J, Gong Z, Ji G, Wei D 2007 Phys. Lett. A 367 383

    [19]

    Chen F, Zhang H, Zhao F, Li Q l, Qu J Y 2008 J. Mol. Struc.:Theochem. 864 89

    [20]

    Wang W P, Liu F S, Liu Q J, Liu Z T 2016 Comput. Theor. Chem. 1075 98

    [21]

    Pruitt C J M, Goebbert D J 2013 Chem. Phys. Lett. 580 21

    [22]

    Fayet G, Joubert L, Rotureau P, Adamo C 2008 J. Phys. Chem. A 112 4054

    [23]

    Pein B C, Sun Y, Dlott D D 2013 J. Phys. Chem. A 117 6066

    [24]

    Dong S L, Sang D P 1996 J. Hazard. Mater. 51 67

    [25]

    Conroy M, Oleynik I, Zybin S, White C 2008 Phys. Rev. B 77 094107

    [26]

    Conroy M, Oleynik I, Zybin S, White C 2009 J. Phys. Chem. A 113 3610

    [27]

    Margetis D, Kaxiras E, Elstner M, Frauenheim T, Manaa M R 2002 J. Chem. Phys. 117 788

    [28]

    Grimme S 2011 Wires. Comput. Mol. Sci. 1 211

    [29]

    Grimme S, Antony J, Ehrlich S, Krieg H 2010 J. Chem. Phys. 132 154104

    [30]

    Parr R G, Yang W 1995 Annu. Rev. Phys. Chem. 46 701

    [31]

    Segall M, Lindan P J, Probert M A, Pickard C, Hasnip P, Clark S, Payne M 2002 J. Phys.:Condens. Mat. 14 2717

    [32]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [33]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [34]

    Caillet J T, Claverie P 1975 Acta Crystallogr. Sec. A 31 448

    [35]

    Liu H, Zhao J J, Wei D Q, Gong Z Z 2006 J. Chem. Phys. 124 124501

    [36]

    Cui H L, Ji G F, Zhao J J, Zhao F, Chen X R, Zhang Q M, Wei D Q 2010 Mol. Simulat. 36 670

  • [1]

    Zheng Z Y, Zhao J J 2016 Chin. Phys. B 25 076202

    [2]

    Sikder A, Sikder N 2004 J. Hazard. Mater. 112 1

    [3]

    Politzer P, Murray J S, Seminario J M, Lane P, Grice M E, Concha M C 2001 J. Mol. Struc.:Theochem 573 1

    [4]

    Zheng Z Y, Zhao J J 2015 Chin. J. High Pressure Phys. 29 81 (in Chinese)[郑朝阳, 赵纪军2015高压物理学报29 81]

    [5]

    Fried L E, Manaa M R, Pagoria P F, Simpson R L 2001 Annu. Rev. Mater. Res. 31 291

    [6]

    Zhang L, Chen L 2013 Acta Phys. Sin. 62 138201 (in Chinese)[张力, 陈朗2013物理学报62 138201]

    [7]

    Cheng H P, Dan J K, Huang Z M, Peng H, Chen G H 2013 Acta Phys. Sin. 62 163102 (in Chinese)[程和平, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈光华2013物理学报62 163102]

    [8]

    Meng Z R, Zhang W B, Du Y, Shang L P, Deng H 2015 Acta Phys. Sin. 64 073302 (in Chinese)[孟增睿, 张伟斌, 杜宇, 尚丽平, 邓琥2015物理学报64 073302]

    [9]

    Zhang L, Chen L 2014 Acta Phys. Sin. 63 098105 (in Chinese)[张力, 陈朗2014物理学报63 098105]

    [10]

    Boese R, Bläser D, Nussbaumer M, Krygowski T M 1992 Struct. Chem. 3 363

    [11]

    Trotter J 1959 Acta Crystallogr. 12 884

    [12]

    Larsen N W 2010 J. Mol. Struct. 963 100

    [13]

    Borisenko K B, Hargittai I 1996 J. Mol. Struct. 382 171

    [14]

    Domenicano A, Schultz G, Hargittai I, Colapietro M, Portalone G, George P, Bock C W 1989 Struct. Chem. 1 107

    [15]

    Clarkson J, Smith W E 2003 J. Mol. Struct. 655 413

    [16]

    Kozu N, Arai M, Tamura M, Fujihisa H, Aoki K, Yoshida M 2000 Jpn. J. Appl. Phys. 39 4875

    [17]

    Kobayashi T, Sekine T 2000 Phys. Rev. B 62 5281

    [18]

    Liu H, Zhao J, Du J, Gong Z, Ji G, Wei D 2007 Phys. Lett. A 367 383

    [19]

    Chen F, Zhang H, Zhao F, Li Q l, Qu J Y 2008 J. Mol. Struc.:Theochem. 864 89

    [20]

    Wang W P, Liu F S, Liu Q J, Liu Z T 2016 Comput. Theor. Chem. 1075 98

    [21]

    Pruitt C J M, Goebbert D J 2013 Chem. Phys. Lett. 580 21

    [22]

    Fayet G, Joubert L, Rotureau P, Adamo C 2008 J. Phys. Chem. A 112 4054

    [23]

    Pein B C, Sun Y, Dlott D D 2013 J. Phys. Chem. A 117 6066

    [24]

    Dong S L, Sang D P 1996 J. Hazard. Mater. 51 67

    [25]

    Conroy M, Oleynik I, Zybin S, White C 2008 Phys. Rev. B 77 094107

    [26]

    Conroy M, Oleynik I, Zybin S, White C 2009 J. Phys. Chem. A 113 3610

    [27]

    Margetis D, Kaxiras E, Elstner M, Frauenheim T, Manaa M R 2002 J. Chem. Phys. 117 788

    [28]

    Grimme S 2011 Wires. Comput. Mol. Sci. 1 211

    [29]

    Grimme S, Antony J, Ehrlich S, Krieg H 2010 J. Chem. Phys. 132 154104

    [30]

    Parr R G, Yang W 1995 Annu. Rev. Phys. Chem. 46 701

    [31]

    Segall M, Lindan P J, Probert M A, Pickard C, Hasnip P, Clark S, Payne M 2002 J. Phys.:Condens. Mat. 14 2717

    [32]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [33]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [34]

    Caillet J T, Claverie P 1975 Acta Crystallogr. Sec. A 31 448

    [35]

    Liu H, Zhao J J, Wei D Q, Gong Z Z 2006 J. Chem. Phys. 124 124501

    [36]

    Cui H L, Ji G F, Zhao J J, Zhao F, Chen X R, Zhang Q M, Wei D Q 2010 Mol. Simulat. 36 670

  • [1] 蒋冬冬, 谷岩, 冯玉军, 杜金梅. 静水压下锆锡钛酸铅铁电陶瓷相变和介电性能研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107703. doi: 10.7498/aps.60.107703
    [2] 徐军, 肖晓春, 潘一山, 丁鑫. 基于J积分的颗粒煤岩单轴压缩下裂纹扩展研究. 物理学报, 2014, 63(21): 214602. doi: 10.7498/aps.63.214602
    [3] 彭亚晶, 孙爽, 宋云飞, 杨延强. 液相硝基甲烷分子振动特性的相干反斯托克斯拉曼散射光谱. 物理学报, 2018, 67(2): 024208. doi: 10.7498/aps.67.20171828
    [4] 王文亭, 胡冰, 王明伟. 飞秒激光精细加工含能材料. 物理学报, 2013, 62(6): 060601. doi: 10.7498/aps.62.060601
    [5] 彭亚晶, 刘玉强, 王英惠, 张淑平, 杨延强. 皮秒和纳秒单脉冲激光加热Al/NC复合纳米含能材料的热动力学分析. 物理学报, 2009, 58(1): 655-661. doi: 10.7498/aps.58.655
    [6] 彭亚晶, 蒋艳雪. 分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺含能材料几何结构、电子结构及振动特性的影响. 物理学报, 2015, 64(24): 243102. doi: 10.7498/aps.64.243102
    [7] 王文亭, 张楠, 王明伟, 何远航, 杨建军, 朱晓农. 飞秒激光烧蚀固体靶的冲击压强. 物理学报, 2013, 62(17): 170601. doi: 10.7498/aps.62.170601
    [8] 王文亭, 张楠, 王明伟, 何远航, 杨建军, 朱晓农. 飞秒激光烧蚀金属靶的冲击温度. 物理学报, 2013, 62(21): 210601. doi: 10.7498/aps.62.210601
    [9] 夏庆中, 陈 波, 曾贵玉, 罗顺火, 董海山, 荣利霞, 董宝中. 三氨基三硝基苯材料微孔结构的小角x射线散射实验研究. 物理学报, 2005, 54(7): 3273-3277. doi: 10.7498/aps.54.3273
    [10] 谢斌, 苏昉, 赵明文, 吴希俊. 纳米CaF2离子电导率和介电常数的静水压效应. 物理学报, 1995, 44(5): 755-762. doi: 10.7498/aps.44.755
    [11] 朱岩, 张新宇, 张素红, 马明臻, 刘日平, 田宏燕. Mg2Si化合物在静水压下的电子输运性能研究. 物理学报, 2015, 64(7): 077103. doi: 10.7498/aps.64.077103
    [12] 傅顺声, M.H.Manghnani, 李凤英, 王汝菊. 钠玻璃与钛玻璃在静水压下的弹性性能. 物理学报, 2000, 49(11): 2129-2132. doi: 10.7498/aps.49.2129
    [13] 刘绍军, 卢铁城, 陈向荣, 卢志鹏, 祝文军. 非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算. 物理学报, 2009, 58(3): 2083-2089. doi: 10.7498/aps.58.2083
    [14] 孙威立, 李兆民. 静水压下MgO:Fe~(3+)和MgO:Mn~(2+)的电子顺磁共振研究. 物理学报, 1995, 44(10): 1661-1669. doi: 10.7498/aps.44.1661
    [15] 范航, 聂福德, 龙瑶, 陈军. 钝感高能炸药三氨基三硝基苯高温高压下热力学性质的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2016, 65(6): 066201. doi: 10.7498/aps.65.066201
    [16] 蔡鲁戈. 含Co2+与含Ni2+铁氧体的感生单轴各向异牲. 物理学报, 1965, 117(12): 1977-1995. doi: 10.7498/aps.21.1977
    [17] 范航, 何冠松, 杨志剑, 聂福德, 陈鹏万. 三氨基三硝基苯基高聚物粘结炸药热力学性质的理论计算研究. 物理学报, 2019, 68(10): 106201. doi: 10.7498/aps.68.20190075
    [18] 马建立, 张鹤鸣, 宋建军, 王冠宇, 王晓艳. (001)面任意方向单轴应变硅材料能带结构. 物理学报, 2011, 60(2): 027101. doi: 10.7498/aps.60.027101
    [19] 张国华, 孙其诚, 金峰, 王光谦. 二维颗粒体系单轴压缩形成的力链结构. 物理学报, 2010, 59(1): 30-37. doi: 10.7498/aps.59.30
    [20] 刘冬梅, 韩鹏. 含单负特异材料一维无序扰动周期结构中的光子局域特性研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7066-7072. doi: 10.7498/aps.59.7066
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  569
  • PDF下载量:  338
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-09
  • 修回日期:  2016-11-21
  • 刊出日期:  2017-02-05

单轴压缩下固态硝基苯的第一性原理研究

  • 1. 大连理工大学, 三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024;
  • 2. 中国工程物理研究院流体物理研究所, 冲击波与爆轰物理国家实验室, 绵阳 621900
  • 通信作者: 苏艳, su.yan@dlut.edu.cn
    基金项目: 

    国防基础科研核基础科学挑战计划(批准号:JCKY2016212A501)、国家自然科学基金(批准号:11674046)、中国博士后科学基金(批准号:2016M592704)和大连理工大学超算中心资助的课题.

摘要: 采用第一性原理密度泛函理论结合经典色散修正方法,对固态硝基苯在单轴压缩下的基本结构关系进行了计算.静水压缩和单轴压缩都压缩到初始平衡体积的70%.将静水压下优化后的晶胞体积、晶格参数以及平衡条件下的晶格能与实验值进行了比较,均符合较好.同时,为了充分地表征固态硝基苯的各向异性,将硝基苯沿着三个晶格矢量的方向进行单轴压缩,把每个方向的应力张量、能带带隙、每个原子能量的改变分别作为体积压缩比的函数进行了比较和分析.其中,最显著的各向异性效应是在体积压缩比为0.76时,沿X轴压缩导致硝基苯能带带隙闭合,体系呈金属化;而静水压缩或沿Y轴和Z轴压缩时体系始终呈半导体状态,带隙均大于1.59 eV.为了充分理解这一各向异性特性,我们计算了硝基苯晶体的局域态密度和电荷密度分布,并对金属化现象做出了合理的分析和解释.在不同的压力加载条件下,通过对不同物理量的计算,发现X轴方向是硝基苯晶体内部最敏感的方向.这些各向异性效应的研究将有助于人们在原子尺度上深入理解固态硝基苯的物理化学性质.

English Abstract

参考文献 (36)

目录

    /

    返回文章
    返回