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含扭转晶界位错Al金属拉伸强度第一性原理预测

王如志 徐利春 严辉 香山正宪

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含扭转晶界位错Al金属拉伸强度第一性原理预测

王如志, 徐利春, 严辉, 香山正宪

First-principles predictions for the tensile strength of Al metal with dislocations of twist grain boundaries

Wang Ru-Zhi, Xu Li-Chun, Yan Hui, Kohyama Masanori
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  • 本文基于密度泛函理论第一原理方法,从影响力学性能本质的电子结构计算上,对含Σ 5{001}扭转晶界位错Al金属拉伸强度进行了预测,发现其理论拉伸强度达到8.73 GPa,临界应变为 24%.拉伸强度低于文献报道(Phys. Rev. B 75, 174101 (2007))的倾斜晶界位错Al金属的理论拉伸强度9.5 GPa,但其临界应变却远大于倾斜晶界的16%.本研究结果表明,通过工艺参数控制,改变缺陷形态,可极大地改变其力学性能.进一步地,从电子结构层次上, 分析了含晶界位错Al金属拉伸断裂行为的实质,通过分析电荷密度分布、键长变化等,发现其断裂处发生在晶界处;理论计算结果将对Al金属结构设计及力学性能改善具有重要的指导作用.
    By the first-principles calculations based on the density functional theory, the tensile strength of Al metal with dislocations of twist grain boundaries (GBs) is predicted from its electronic structure to its essential mechanical properties. The results show that the theoretical tensile strength for Al twist GB is about 8.73GPa and it is less than that for Al glide GB(9.5GPa) (Phys. Rev. B 75, 174101 (2007)). However, its fracture strain for Al twist GB is 24% and 16% more than that for Al glide GB. It suggests that the mechanical properties of the metal can be greatly improved by experimentally modulating its defect or dislocation. Furthermore, the physics of the fracture of Al twist GB is analyzed by the distributions of charge density and the changes of bond length, and it is found that the facture appears in the GB. Our theoretical predictions can play an important role in guiding the improvement of mechanical properties and structural designs for Al metal.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11074017),北京市"学术创新团队建设计划"项目(批准号:PHR201007101), 北京市科技新星计划(批准号:2008B10),北京市自然科学基金(批准号:1102006)和教育部留学回国人员科研 启动基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No. 11074017), the IHLB (Grant No. PHR201007101), the Beijing Nova Program(Grant No. 2008B10), the Beijing Natural Science Foundation(Grant No. 1102006), and the Scientific Research Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars, State Education Ministry.
    [1]

    Lu G H, Deng S H, Wang T M, Kohyama M, Yamamoto R 2004 Phys. Rev. B 69 134106

    [2]

    Roundy D, Krenn C R, Cohen M L, Morris J W 1999 Phys. Rev. Lett. 82 2713

    [3]

    Suzuki A, Lu G H, Itoh A, Kohyama M, Yamamoto R 1999 Mater. Trans. Jim. 40 1193

    [4]

    Lu G H, Suzuki A, Ito A, Kohyama M, Yamamoto R 2003 Mater. Trans. 44 337

    [5]

    Lu G H, Kohyama M, Yamamoto R 2003 Phil. Mag. Lett. 83 159

    [6]

    Lu G H, Suzuki A, Ito A, Kohyama M, Yamamoto R 2001 Phil. Mag. Lett. 81 757

    [7]

    Lu G H, Kohyama M, Yamamoto R 2001 Mater. Trans. 42 2238

    [8]

    Lu G H, Suzuki A, Ito A, Kohyama M, Yamamoto R 2000 Model. Sim. Mater. Sci. Eng. 8 727

    [9]

    Zhang Y, Lu G H, Kohyama M, Wang T M 2009 Model. Sim. Mater. Sci. Eng. 17 015003

    [10]

    Zhang Y, Lu G H, Hu X L, Wang T M, Kohyama M, Yamamoto R 2007 J. Phys.-Conden. Matt. 19 456225

    [11]

    Zhang Y, Lu G H, Deng S H, Wang T M, Xu H B, Kohyama M 2007 Phys. Rev. B 75 174101

    [12]

    Nagasako N, Jahn, aacute, tek M, Asahi R, Hafner J 2010 Phys. Rev. B 81 094108

    [13]

    Chen J, Xu Y N, Rulis P, Ouyang L Z, Ching W Y 2005 Acta Mater. 53 403

    [14]

    Liu Y L, Zhang Y, Hong R J, Lu G H 2009 Chin. Phys. B 18 1923

    [15]

    Tian Z X, Yan J X, Xiao W, Geng W T 2009 Phys. Rev. B 79 144114

    [16]

    Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y, Jin S, Lu G H 2009 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 267 3193

    [17]

    Zhou H B, Zhang Y, Liu Y L, Kohyama M, Yin P G, Lu G H 2009 J. Phys.-Conden. Matt. 21 175407

    [18]

    Hu X L, Zhang Y, Lu G H, Wang T M 2009 J. Phys.-Conden. Matt. 21 025402

    [19]

    Liu X M, You X C, Liu Z L, Nie J F, Zhuang Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1849(in Chinese)[刘小明, 由小川, 柳占立, 聂君峰, 庄苗 2009 物理学报 58 1849]

    [20]

    Xu L Z, Liu Y L, Zhou H B, Liu L H, Zhang Y, Lu G H 2009 J. Phys.-Conden. Matt. 21 495402

    [21]

    Zhang Y, Lü G H, Deng S H, Wang T M 2006 Acta Phys. Sin. 55 2901(in Chinese)[张颖, 吕广宏, 邓胜华, 王天民 2006 物理学报 55 2901]

    [22]

    Wang R Z, Kohyama M, Tanaka S, Tamura T, Ishibashi S 2009 Mater. Trans. 50 11

    [23]

    Hafner J 2008 J . Comp. Chem. 29 2044

  • [1]

    Lu G H, Deng S H, Wang T M, Kohyama M, Yamamoto R 2004 Phys. Rev. B 69 134106

    [2]

    Roundy D, Krenn C R, Cohen M L, Morris J W 1999 Phys. Rev. Lett. 82 2713

    [3]

    Suzuki A, Lu G H, Itoh A, Kohyama M, Yamamoto R 1999 Mater. Trans. Jim. 40 1193

    [4]

    Lu G H, Suzuki A, Ito A, Kohyama M, Yamamoto R 2003 Mater. Trans. 44 337

    [5]

    Lu G H, Kohyama M, Yamamoto R 2003 Phil. Mag. Lett. 83 159

    [6]

    Lu G H, Suzuki A, Ito A, Kohyama M, Yamamoto R 2001 Phil. Mag. Lett. 81 757

    [7]

    Lu G H, Kohyama M, Yamamoto R 2001 Mater. Trans. 42 2238

    [8]

    Lu G H, Suzuki A, Ito A, Kohyama M, Yamamoto R 2000 Model. Sim. Mater. Sci. Eng. 8 727

    [9]

    Zhang Y, Lu G H, Kohyama M, Wang T M 2009 Model. Sim. Mater. Sci. Eng. 17 015003

    [10]

    Zhang Y, Lu G H, Hu X L, Wang T M, Kohyama M, Yamamoto R 2007 J. Phys.-Conden. Matt. 19 456225

    [11]

    Zhang Y, Lu G H, Deng S H, Wang T M, Xu H B, Kohyama M 2007 Phys. Rev. B 75 174101

    [12]

    Nagasako N, Jahn, aacute, tek M, Asahi R, Hafner J 2010 Phys. Rev. B 81 094108

    [13]

    Chen J, Xu Y N, Rulis P, Ouyang L Z, Ching W Y 2005 Acta Mater. 53 403

    [14]

    Liu Y L, Zhang Y, Hong R J, Lu G H 2009 Chin. Phys. B 18 1923

    [15]

    Tian Z X, Yan J X, Xiao W, Geng W T 2009 Phys. Rev. B 79 144114

    [16]

    Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y, Jin S, Lu G H 2009 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 267 3193

    [17]

    Zhou H B, Zhang Y, Liu Y L, Kohyama M, Yin P G, Lu G H 2009 J. Phys.-Conden. Matt. 21 175407

    [18]

    Hu X L, Zhang Y, Lu G H, Wang T M 2009 J. Phys.-Conden. Matt. 21 025402

    [19]

    Liu X M, You X C, Liu Z L, Nie J F, Zhuang Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1849(in Chinese)[刘小明, 由小川, 柳占立, 聂君峰, 庄苗 2009 物理学报 58 1849]

    [20]

    Xu L Z, Liu Y L, Zhou H B, Liu L H, Zhang Y, Lu G H 2009 J. Phys.-Conden. Matt. 21 495402

    [21]

    Zhang Y, Lü G H, Deng S H, Wang T M 2006 Acta Phys. Sin. 55 2901(in Chinese)[张颖, 吕广宏, 邓胜华, 王天民 2006 物理学报 55 2901]

    [22]

    Wang R Z, Kohyama M, Tanaka S, Tamura T, Ishibashi S 2009 Mater. Trans. 50 11

    [23]

    Hafner J 2008 J . Comp. Chem. 29 2044

  • [1] 徐贤达, 赵磊, 孙伟峰. 石墨烯纳米网电导特性的能带机理:第一原理计算. 物理学报, 2020, 69(4): 047101. doi: 10.7498/aps.69.20190657
    [2] 李琳, 孙宇璇, 孙伟峰. 层状氧化钼的电子结构、磁和光学性质第一原理研究. 物理学报, 2019, 68(5): 057101. doi: 10.7498/aps.68.20181962
    [3] 张恒, 黄燕, 石旺舟, 周孝好, 陈效双. Al原子在Si表面扩散动力学的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 207302. doi: 10.7498/aps.68.20190783
    [4] 池明赫, 赵磊. 石墨烯纳米片磁有序和自旋逻辑器件第一原理研究. 物理学报, 2018, 67(21): 217101. doi: 10.7498/aps.67.20181297
    [5] 刘慧英, 张秀钦, 方艺梅, 朱梓忠. T型石墨烯及其衍生物的结构与电子特性. 物理学报, 2017, 66(16): 166101. doi: 10.7498/aps.66.166101
    [6] 高云亮, 朱芫江, 李进平. Al辐照损伤初期的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(5): 057104. doi: 10.7498/aps.66.057104
    [7] 高潭华. 表面氢化双层硅烯的结构和电子性质. 物理学报, 2015, 64(7): 076801. doi: 10.7498/aps.64.076801
    [8] 高潭华, 吴顺情, 张鹏, 朱梓忠. 表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质. 物理学报, 2014, 63(1): 016801. doi: 10.7498/aps.63.016801
    [9] 李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升. 稀土元素掺杂对VH2解氢性能的影响. 物理学报, 2012, 61(9): 093601. doi: 10.7498/aps.61.093601
    [10] 高潭华, 刘慧英, 张鹏, 吴顺情, 杨勇, 朱梓忠. Al掺杂的尖晶石型LiMn2O4的结构和电子性质. 物理学报, 2012, 61(18): 187306. doi: 10.7498/aps.61.187306
    [11] 王晓中, 林理彬, 何捷, 陈军. 第一性原理方法研究He掺杂Al晶界力学性质. 物理学报, 2011, 60(7): 077104. doi: 10.7498/aps.60.077104
    [12] 高立, 张建民. 带隙可调的Al,Mg掺杂ZnO薄膜的制备. 物理学报, 2009, 58(10): 7199-7203. doi: 10.7498/aps.58.7199
    [13] 刘利花, 张 颖, 吕广宏, 邓胜华, 王天民. Sr偏析Al晶界结构的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(7): 4428-4433. doi: 10.7498/aps.57.4428
    [14] 宋海峰, 刘海风. 金属铍热力学性质的理论研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2833-2837. doi: 10.7498/aps.56.2833
    [15] 张 颖, 吕广宏, 邓胜华, 王天民. Al晶界的第一性原理拉伸试验. 物理学报, 2006, 55(6): 2901-2907. doi: 10.7498/aps.55.2901
    [16] 王松有, 段国玉, 邱建红, 贾 瑜, 陈良尧. 闪锌矿结构的PtN:一种不稳定的过渡金属氮化物. 物理学报, 2006, 55(4): 1979-1982. doi: 10.7498/aps.55.1979
    [17] 孟 醒, 徐晓光, 刘 伟, 孙 源, 陈 岗. 钙钛矿型HoNiO3中电荷歧化的第一原理研究. 物理学报, 2004, 53(11): 3873-3876. doi: 10.7498/aps.53.3873
    [18] 袁先漳, 缪中林. Al/GaAs表面量子阱界面层的原位光调制反射光谱研究. 物理学报, 2004, 53(10): 3521-3524. doi: 10.7498/aps.53.3521
    [19] 陈丽娟, 侯柱锋, 朱梓忠, 杨 勇. LiAl中空位形成能的第一原理计算. 物理学报, 2003, 52(9): 2229-2234. doi: 10.7498/aps.52.2229
    [20] 刘慧英, 侯柱锋, 朱梓忠, 黄美纯, 杨 勇. InSb的锂嵌入形成能第一原理计算. 物理学报, 2003, 52(7): 1732-1736. doi: 10.7498/aps.52.1732
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-07
  • 修回日期:  2011-05-25
  • 刊出日期:  2012-01-05

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