搜索

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

带有碳杂质的钨中氢稳定性的第一性原理研究

金硕 孙璐

引用本文:
Citation:

带有碳杂质的钨中氢稳定性的第一性原理研究

金硕, 孙璐

Stability of hydrogen in tungsten with carbon impurity: a first-principles study

Jin Shuo, Sun Lu
PDF
导出引用
  • 应用第一性原理计算方法研究了碳(C)原子对钨(W)中氢(H)原子稳定性的影响. 本征W中, 当C-H间距离为~2.5 Å时, H的溶解能出现最低值, 此时为H最稳定的位置. W中存在空位时, 由于C的影响, H占据的最佳电子密度面值为0.10 Å-3. 研究发现, W中单空位最多能容纳10个H原子, 且不能形成H分子, 不同于没有C存在的情况, 表明C对W中H稳定性存在很大影响. 此外, 当两个C原子存在于空位中时, H占据的最佳电子密度面值变为0.13 Å-3.
    Stability of hydrogen (H) in tungsten (W) with carbon (C) impurity is investigated by using the first-principles method. In intrinsic W, C exhibits a week attractive interaction with H at a distance of ~2.5Å, and it is the most stable site of H in the bulk W with C. In the presence of the monovacancy in W, H prefers to bind onto an isosurface of the same charge density of 0.10 Å-3, due to the existence of C. Our research finds that the monovacancy in W can contain only ten H atoms and H molecule cannot be formed in comparison with the result without C, suggesting a strong effect of C on H stability in W. When two C atoms exit in the vacancy, the charge density of the isosurface that H binds onto is 0.13 Å-3.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:50871009, 51001006)和北航“唯实”人才培育基金(批准号: YWF-11-03-Q-080)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos.50871009 and 51001006), and the “WeiShi” Foundation of Beihang University (Grant No. YWF-11-03-Q-080).
    [1]

    Kaufmann M, Neu R 2007 Fus. Eng. Des. 82 521

    [2]

    Pamela J, Matthews G F, Philpps V, Kamendje R 2007 J. Nucl. Mater. 363-365 1

    [3]

    Doerner R P 2007 J. Nucl. Mater. 363-365 32

    [4]

    Luo G N, Shu W M, Nishi M 2005 J. Nucl. Mater. 347 111

    [5]

    Shu W M, Wakai E, Yamanishi T 2007 Nucl. Fusion 47 201

    [6]

    Jiang D E, Carter E A 2003 Phys. Rev. B 67 214103

    [7]

    Fukai Y, Okuma N 1994 Phys. Rev. Lett. 73 1640

    [8]

    Lu G, Kaxiras E 2002 Phys. Rev. Lett. 89 105501

    [9]

    Rouquette J, Dolejs D, Kantor I Y, McCammon C A, Frost D J, Prakapenka V B, Dubrovinsky L S 2008 Appl. Phys. Lett. 92 121912

    [10]

    Domain C, Becquart C S, Foct J 2004 Phys. Rev. B 69 144112

    [11]

    Vehanen A, Hautojarvi P, Johansson J, Ylikauppila J, Moser P 1982 Phys. Rev. B 25 762

    [12]

    Tapasa k, Barashev A V, Bacon D J, Osetsky Y N 2007 Acta Materialia 55 1

    [13]

    Liu Y L, Zhang Y, Zhou H B, Liu F, Luo G N, Lu G H 2009 Phys. Rev. B 79 172103

    [14]

    Hautojarvi P, Johansson J, Vehanen A, Ylikauppila J, Moser P 1980 Phys. Rev. Lett. 44 1326

    [15]

    Follstaedt DM, Knapp J A, Pope L E, Yost F G, Picraux S T, 1984 Appl. Phys. Lett. 45 529

    [16]

    Santaniello A, Moller W, Roth J 1989 J. Appl. Phys. 65 3400

    [17]

    Omuro K, Miura H 1994 Appl. Phys. Lett. 64 2961

    [18]

    Oya Y, Inagaki Y 2009 J. Nucl. Mater. 622 390

    [19]

    Causey R, Wilson K, Venhaus T, Wampler W R 1999 J. Nucl. Mater. 266-269 467

    [20]

    Duan C, Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y, Jin S, Lu G H 2010 J. Nucl. Mater. 404 119

    [21]

    Zhang Y, Lu 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]

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

    [23]

    Zhang Y, Lu G H, Deng S 2007 Phys. Rev. B 75 174101

    [24]

    Kresse G, Hafner J 1993 Phys. Rev. B 47 558

    [25]

    Kresse G, Furthmüller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [26]

    Hohenberg G P, Kohn W 1964 Phys. Rev. B 136 864

    [27]

    Kohn W, Sham L J 1965 Phys. Rev. A 140 1133

    [28]

    Perdew J P, Wang Y 1992 Phys. Rev. B 45 13244

    [29]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [30]

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

    [31]

    Kittel C 1996 Introduction to Solid State Physics, 7th ed. (Wiley, New York, 1996)

    [32]

    Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y, Jin S, Lu G H 2010 J. Phys. Condens Mat. 22 445504

    [33]

    Zhou H B, Liu Y L, Jin S, Zhang Y, Luo G N, Lu G H, 2010 Nucl. Fus. 50 025016

    [34]

    Heinola K, Ahlgren T, Norlund K, Keinonen J 2010 Phys. Rev. B 82 094102

    [35]

    Jiang B, Wan F R, Geng W T 2010 Phys. Rev. B 81 134112

    [36]

    Melissas V S, Truhlar D G 1993 J. Chem. Phys. 99 3542

    [37]

    Toth L E 1971 Transition Metal Carbides and Nitrides (Academic new York, 1971)

  • [1]

    Kaufmann M, Neu R 2007 Fus. Eng. Des. 82 521

    [2]

    Pamela J, Matthews G F, Philpps V, Kamendje R 2007 J. Nucl. Mater. 363-365 1

    [3]

    Doerner R P 2007 J. Nucl. Mater. 363-365 32

    [4]

    Luo G N, Shu W M, Nishi M 2005 J. Nucl. Mater. 347 111

    [5]

    Shu W M, Wakai E, Yamanishi T 2007 Nucl. Fusion 47 201

    [6]

    Jiang D E, Carter E A 2003 Phys. Rev. B 67 214103

    [7]

    Fukai Y, Okuma N 1994 Phys. Rev. Lett. 73 1640

    [8]

    Lu G, Kaxiras E 2002 Phys. Rev. Lett. 89 105501

    [9]

    Rouquette J, Dolejs D, Kantor I Y, McCammon C A, Frost D J, Prakapenka V B, Dubrovinsky L S 2008 Appl. Phys. Lett. 92 121912

    [10]

    Domain C, Becquart C S, Foct J 2004 Phys. Rev. B 69 144112

    [11]

    Vehanen A, Hautojarvi P, Johansson J, Ylikauppila J, Moser P 1982 Phys. Rev. B 25 762

    [12]

    Tapasa k, Barashev A V, Bacon D J, Osetsky Y N 2007 Acta Materialia 55 1

    [13]

    Liu Y L, Zhang Y, Zhou H B, Liu F, Luo G N, Lu G H 2009 Phys. Rev. B 79 172103

    [14]

    Hautojarvi P, Johansson J, Vehanen A, Ylikauppila J, Moser P 1980 Phys. Rev. Lett. 44 1326

    [15]

    Follstaedt DM, Knapp J A, Pope L E, Yost F G, Picraux S T, 1984 Appl. Phys. Lett. 45 529

    [16]

    Santaniello A, Moller W, Roth J 1989 J. Appl. Phys. 65 3400

    [17]

    Omuro K, Miura H 1994 Appl. Phys. Lett. 64 2961

    [18]

    Oya Y, Inagaki Y 2009 J. Nucl. Mater. 622 390

    [19]

    Causey R, Wilson K, Venhaus T, Wampler W R 1999 J. Nucl. Mater. 266-269 467

    [20]

    Duan C, Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y, Jin S, Lu G H 2010 J. Nucl. Mater. 404 119

    [21]

    Zhang Y, Lu 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]

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

    [23]

    Zhang Y, Lu G H, Deng S 2007 Phys. Rev. B 75 174101

    [24]

    Kresse G, Hafner J 1993 Phys. Rev. B 47 558

    [25]

    Kresse G, Furthmüller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [26]

    Hohenberg G P, Kohn W 1964 Phys. Rev. B 136 864

    [27]

    Kohn W, Sham L J 1965 Phys. Rev. A 140 1133

    [28]

    Perdew J P, Wang Y 1992 Phys. Rev. B 45 13244

    [29]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [30]

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

    [31]

    Kittel C 1996 Introduction to Solid State Physics, 7th ed. (Wiley, New York, 1996)

    [32]

    Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y, Jin S, Lu G H 2010 J. Phys. Condens Mat. 22 445504

    [33]

    Zhou H B, Liu Y L, Jin S, Zhang Y, Luo G N, Lu G H, 2010 Nucl. Fus. 50 025016

    [34]

    Heinola K, Ahlgren T, Norlund K, Keinonen J 2010 Phys. Rev. B 82 094102

    [35]

    Jiang B, Wan F R, Geng W T 2010 Phys. Rev. B 81 134112

    [36]

    Melissas V S, Truhlar D G 1993 J. Chem. Phys. 99 3542

    [37]

    Toth L E 1971 Transition Metal Carbides and Nitrides (Academic new York, 1971)

  • [1] 崔子纯, 杨莫涵, 阮晓鹏, 范晓丽, 周峰, 刘维民. 高通量计算二维材料界面摩擦. 物理学报, 2023, 72(2): 026801. doi: 10.7498/aps.72.20221676
    [2] 彭军辉, TikhonovEvgenii. 三元Hf-C-N体系的空位有序结构及其力学性质和电子性质的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(21): 216101. doi: 10.7498/aps.70.20210244
    [3] 李君, 刘立胜, 徐爽, 张金咏. 单轴压缩下Ti3B4的力学、电学性能及变形机制的第一性原理研究. 物理学报, 2020, 69(4): 043102. doi: 10.7498/aps.69.20191194
    [4] 黄瑞, 李春, 金蔚, GeorgiosLefkidis, WolfgangHübner. 双磁性中心内嵌富勒烯Y2C2@C82-C2(1)中的超快自旋动力学行为. 物理学报, 2019, 68(2): 023101. doi: 10.7498/aps.68.20181887
    [5] 姜平国, 汪正兵, 闫永播, 刘文杰. W20O58(010)表面氢吸附机理的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(24): 246801. doi: 10.7498/aps.66.246801
    [6] 姜平国, 汪正兵, 闫永播. 三氧化钨表面氢吸附机理的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(8): 086801. doi: 10.7498/aps.66.086801
    [7] 邓小清, 孙琳, 李春先. 界面铁掺杂锯齿形石墨烯纳米带的自旋输运性能. 物理学报, 2016, 65(6): 068503. doi: 10.7498/aps.65.068503
    [8] 田文, 袁鹏飞, 禹卓良, 陶斌凯, 侯森耀, 叶聪, 张振华. 掺杂六角形石墨烯电子输运特性的研究. 物理学报, 2015, 64(4): 046102. doi: 10.7498/aps.64.046102
    [9] 翟东, 韦昭, 冯志芳, 邵晓红, 张平. 铜钨合金高温高压性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(20): 206501. doi: 10.7498/aps.63.206501
    [10] 王欣欣, 张颖, 周洪波, 王金龙. 铌对钨中氦行为影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(4): 046103. doi: 10.7498/aps.63.046103
    [11] 赵玉娜, 高涛, 吕金钟, 马俊刚. Li-N-H储氢体系热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(14): 143101. doi: 10.7498/aps.62.143101
    [12] 卢金炼, 曹觉先. 单个钛原子储氢能力和储氢机制的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148801. doi: 10.7498/aps.61.148801
    [13] 李青坤, 孙毅, 周玉, 曾凡林. 第一性原理研究bct-C4碳材料的强度性质. 物理学报, 2012, 61(9): 093104. doi: 10.7498/aps.61.093104
    [14] 李青坤, 孙毅, 周玉, 曾凡林. 第一性原理研究hcp-C3碳体环材料的力学性质. 物理学报, 2012, 61(4): 043103. doi: 10.7498/aps.61.043103
    [15] 李春, 张少斌, 金蔚, Georgios Lefkidis, Wolfgang Hübner. 线性磁性分子离子中由激光诱导的超快自旋转移. 物理学报, 2012, 61(17): 177502. doi: 10.7498/aps.61.177502
    [16] 张辉, 张国英, 肖明珠, 路广霞, 朱圣龙, 张轲. 金属元素替代对Li4BN3H10储氢材料释氢影响机理的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047109. doi: 10.7498/aps.60.047109
    [17] 李金, 桂贵, 孙立忠, 钟建新. 单轴大应变下二维六角氮化硼的结构变化. 物理学报, 2010, 59(12): 8820-8828. doi: 10.7498/aps.59.8820
    [18] 原鹏飞, 祝文军, 徐济安, 刘绍军, 经福谦. BeO高压相变和声子谱的第一性原理计算. 物理学报, 2010, 59(12): 8755-8761. doi: 10.7498/aps.59.8755
    [19] 徐勇, 王贤龙, 曾雉. 中性和带电小钨团簇的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(13): 72-S78. doi: 10.7498/aps.58.72
    [20] 顾娟, 王山鹰, 苟秉聪. Au和3d过渡金属元素混合团簇结构、电子结构和磁性的研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3338-3351. doi: 10.7498/aps.58.3338
计量
  • 文章访问数:  5655
  • PDF下载量:  404
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-19
  • 修回日期:  2011-07-04
  • 刊出日期:  2012-02-05

/

返回文章
返回