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

稀土La在-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

王海燕 高雪云 任慧平 张红伟 谭会杰

引用本文:
Citation:

稀土La在-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

王海燕, 高雪云, 任慧平, 张红伟, 谭会杰

First-principles characterization of lanthanum occupying tendency in -Fe and effect on grain boundaries

Wang Hai-Yan, Gao Xue-Yun, Ren Hui-Ping, Zhang Hong-Wei, Tan Hui-Jie
PDF
导出引用
  • 本文采用重合位置点阵理论构建了 -Fe的3[110](112)对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在 -Fe中的占位倾向. 结果表明,La在 -Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的 -Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于 -Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定.
    The -Fe 3[110] (112) symmetrical tilt grain boundary model is established by the coincidence site lattice theory. First-principles plane wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory is used to calculate the La occupying tendency in -Fe. The results show that La elements tend to be located at grain boundary in the -Fe since the impurity formation energy keeps lowest. On this basis, the electronic structure of La doped in -Fe grain boundary is also calculated. The results indicate that the charges in the system are redistributed to provide more electrons for the grain boundary bonding when the La occupies -Fe grain boundary. Meanwhile, Fe atoms obtain more electrons, and the La doped region combination has the ion-tendency toward strengthening the interaction between La atom and Fe atoms in the adjacent boundary region, and the Fe atom bonds in the grain boundaries and on both sides of the grain boundary also strengthen, which is the reason why the mechanical properties change from the energy point of view. Moreover, La addition also makes the atomic density of states on the grain boundary move to the left, reduce the total energy of the system, and make the grain boundary more stable.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51101083)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51101083).
    [1]

    Ji J W 2001 Rare Earth 22 7 (in Chinese) [戢景文 2001 稀土 22 7]

    [2]

    Warren M, Garrison J, James L M 2005 Mater. Sci. Eng. A 55 299

    [3]
    [4]

    Wang L M, Lin Q, Yue L J 2008 J. Alloys. Compd. 451 534

    [5]
    [6]

    Garces J, Gonzalez R, Vajda P 2009 Phys. Rev. B 79 054113

    [7]
    [8]

    Seletskaia T, Osetsky Y, Stoller R E 2008 Phys. Rev. B 78 134103

    [9]
    [10]

    Segall M D, Philip Lindan J D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys. Condens. Matter. 14 2717

    [11]
    [12]
    [13]

    Zhou H B, Jin S, Zhang Y, Lu G H 2011 Prog. Nat. Sci.: Mater. 21 240

    [14]

    He X F, Terentyev D, Yang W 2011 At. Energy Sci. Tech. 45 902 (in Chinese) [贺新福, D. Terentyev, 杨文 2011 原子能科学技术 45 902]

    [15]
    [16]
    [17]

    Liu G L, Li R D 2004 Acta Phys. Sin. 53 3482 (in Chinese) [刘贵立, 李荣德 2004 物理学报 53 3482]

    [18]

    Zhang Y, L 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]

    [19]
    [20]
    [21]

    Masatake Y, Motoyuki S, Hideo K 2005 Science 307 393

    [22]

    Shang J X, Zhao D L, Wang C Y 2003 Sci. China E 33 19 (in Chinese) [尚家香, 赵栋梁, 王崇愚 2003 中国科学E辑 33 19]

    [23]
    [24]

    Chen S Y, Liu C S 1998 J. At. Mol. Phys. 15 347 (in Chinese) [陈岁元, 刘常升 1998 原子与分子物理学报 15 347]

    [25]
    [26]
    [27]

    Wan W J, Yao R H, Geng K W 2011 Acta Phys. Sin. 60 067103 (in Chinese) [万文坚, 姚若河, 耿魁伟 2011 物理学报 60 067103]

    [28]
    [29]

    Meng Z H, Li J B, Guo Y Q, Wang Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 107101 (in Chinese) [孟振华, 李俊斌, 郭永权, 王义 2012 物理学报 61 107101]

    [30]
    [31]

    Mao P L, Yu B, Liu Z, Wang F, Ju Y 2013 J. Mag. Alloy 1 256

    [32]

    Becquart C S, Domain C 2011 Metall. Mater. Trans. A 42 852

    [33]
    [34]

    Niu L, Wang X Z, Zhu J Q, Gao W 2013 Chin. Phys. B 22 017101

    [35]
    [36]
    [37]

    Gou H Y, Gao F M, Zhang J W, Li Z P 2011 Chin. Phys. B 20 016201

  • [1]

    Ji J W 2001 Rare Earth 22 7 (in Chinese) [戢景文 2001 稀土 22 7]

    [2]

    Warren M, Garrison J, James L M 2005 Mater. Sci. Eng. A 55 299

    [3]
    [4]

    Wang L M, Lin Q, Yue L J 2008 J. Alloys. Compd. 451 534

    [5]
    [6]

    Garces J, Gonzalez R, Vajda P 2009 Phys. Rev. B 79 054113

    [7]
    [8]

    Seletskaia T, Osetsky Y, Stoller R E 2008 Phys. Rev. B 78 134103

    [9]
    [10]

    Segall M D, Philip Lindan J D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys. Condens. Matter. 14 2717

    [11]
    [12]
    [13]

    Zhou H B, Jin S, Zhang Y, Lu G H 2011 Prog. Nat. Sci.: Mater. 21 240

    [14]

    He X F, Terentyev D, Yang W 2011 At. Energy Sci. Tech. 45 902 (in Chinese) [贺新福, D. Terentyev, 杨文 2011 原子能科学技术 45 902]

    [15]
    [16]
    [17]

    Liu G L, Li R D 2004 Acta Phys. Sin. 53 3482 (in Chinese) [刘贵立, 李荣德 2004 物理学报 53 3482]

    [18]

    Zhang Y, L 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]

    [19]
    [20]
    [21]

    Masatake Y, Motoyuki S, Hideo K 2005 Science 307 393

    [22]

    Shang J X, Zhao D L, Wang C Y 2003 Sci. China E 33 19 (in Chinese) [尚家香, 赵栋梁, 王崇愚 2003 中国科学E辑 33 19]

    [23]
    [24]

    Chen S Y, Liu C S 1998 J. At. Mol. Phys. 15 347 (in Chinese) [陈岁元, 刘常升 1998 原子与分子物理学报 15 347]

    [25]
    [26]
    [27]

    Wan W J, Yao R H, Geng K W 2011 Acta Phys. Sin. 60 067103 (in Chinese) [万文坚, 姚若河, 耿魁伟 2011 物理学报 60 067103]

    [28]
    [29]

    Meng Z H, Li J B, Guo Y Q, Wang Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 107101 (in Chinese) [孟振华, 李俊斌, 郭永权, 王义 2012 物理学报 61 107101]

    [30]
    [31]

    Mao P L, Yu B, Liu Z, Wang F, Ju Y 2013 J. Mag. Alloy 1 256

    [32]

    Becquart C S, Domain C 2011 Metall. Mater. Trans. A 42 852

    [33]
    [34]

    Niu L, Wang X Z, Zhu J Q, Gao W 2013 Chin. Phys. B 22 017101

    [35]
    [36]
    [37]

    Gou H Y, Gao F M, Zhang J W, Li Z P 2011 Chin. Phys. B 20 016201

  • [1] 徐攀攀, 韩培德, 张竹霞, 张彩丽, 董楠, 王剑. 硼在fcc-Fe晶界偏析及对界面结合能力影响的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(16): 166401. doi: 10.7498/aps.70.20210361
    [2] 刘飞, 文志鹏. Zr, Nb, V在α-Fe(C)中的占位、电子结构及键合作用的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(13): 137101. doi: 10.7498/aps.68.20182282
    [3] 贾婉丽, 周淼, 王馨梅, 纪卫莉. Fe掺杂GaN光电特性的第一性原理研究. 物理学报, 2018, 67(10): 107102. doi: 10.7498/aps.67.20172290
    [4] 熊辉辉, 张慧宁. 稀土元素在α-Fe和Fe3C中分配行为的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(24): 248101. doi: 10.7498/aps.65.248101
    [5] 石瑜, 白洋, 莫丽玢, 向青云, 黄亚丽, 曹江利. H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(11): 116301. doi: 10.7498/aps.64.116301
    [6] 孟凡顺, 李久会, 赵星. 第一性原理研究Zn偏析对CuΣ5晶界的影响. 物理学报, 2014, 63(23): 237102. doi: 10.7498/aps.63.237102
    [7] 唐杰, 张国英, 鲍君善, 刘贵立, 刘春明. 杂质S对Fe/Al2O3界面结合影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(18): 187101. doi: 10.7498/aps.63.187101
    [8] 高雪云, 王海燕, 李春龙, 任慧平, 李德超, 刘宗昌. 稀土La对bcc-Fe中Cu扩散行为影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 248101. doi: 10.7498/aps.63.248101
    [9] 李宗宝, 王霞, 贾礼超. N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面协同作用的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(20): 203103. doi: 10.7498/aps.62.203103
    [10] 罗强, 唐斌, 张智, 冉曾令. H2S在Fe(100)面吸附的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(7): 077101. doi: 10.7498/aps.62.077101
    [11] 卢志鹏, 祝文军, 卢铁城. 高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(5): 056401. doi: 10.7498/aps.62.056401
    [12] 孟凡顺, 赵星, 李久会. B掺入Cu∑5晶界间隙位性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(11): 117102. doi: 10.7498/aps.62.117102
    [13] 龙建, 王诏玉, 赵宇龙, 龙清华, 杨涛, 陈铮. 不同对称性下晶界结构演化及微观机理的晶体相场法研究. 物理学报, 2013, 62(21): 218101. doi: 10.7498/aps.62.218101
    [14] 赵荣达, 朱景川, 刘勇, 来忠红. FeAl(B2) 合金La, Ac, Sc 和 Y 元素微合金化的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(13): 137102. doi: 10.7498/aps.61.137102
    [15] 薛金祥, 章日光, 刘燕萍, 王宝俊. Ti, C, N在-Fe基中的合金化效应及对键合性质的影响. 物理学报, 2012, 61(12): 127101. doi: 10.7498/aps.61.127101
    [16] 高巍, 巩水利, 朱嘉琦, 马国佳. 掺氮四面体非晶碳的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(2): 027104. doi: 10.7498/aps.60.027104
    [17] 胡玉平, 平凯斌, 闫志杰, 杨雯, 宫长伟. Finemet合金析出相-Fe(Si)结构与磁性的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(10): 107504. doi: 10.7498/aps.60.107504
    [18] 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
    [19] 卢志鹏, 祝文军, 卢铁城, 刘绍军, 崔新林, 陈向荣. 单轴应变条件下Fe从α到ε结构相变机制的第一性原理计算. 物理学报, 2010, 59(6): 4303-4312. doi: 10.7498/aps.59.4303
    [20] 赵巍, 汪家道, 刘峰斌, 陈大融. H2O分子在Fe(100), Fe(110), Fe(111)表面吸附的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3352-3358. doi: 10.7498/aps.58.3352
计量
  • 文章访问数:  5935
  • PDF下载量:  386
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-01-16
  • 修回日期:  2014-03-30
  • 刊出日期:  2014-07-05

/

返回文章
返回