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杂质S对Fe/Al2O3界面结合影响的第一性原理研究

唐杰 张国英 鲍君善 刘贵立 刘春明

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杂质S对Fe/Al2O3界面结合影响的第一性原理研究

唐杰, 张国英, 鲍君善, 刘贵立, 刘春明

First-principles study of the effect of S impurity on the adhesion of Fe/Al2O3 interface

Tang Jie, Zhang Guo-Ying, Bao Jun-Shan, Liu Gui-Li, Liu Chun-Ming
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了杂质S对Fe/Al2O3 界面结合的影响. 计算结果表明:S在界面上Fe3原子处的界面偏析能最小,因此S易于向Fe3原子处偏析. Fe/Al2O3 界面的结合主要受界面两侧Fe和O原子间相互作用控制. 态密度、键重叠布居数和电子密度的计算结果均表明:S在界面处的偏析减弱了界面处Fe原子和O原子之间的相互作用,而且S的存在会引起Fe和O原子之间较强的静电排斥,这些导致了界面结合力的下降. 研究结果可以使我们深入理解S在Fe-Cr-Al合金界面处的偏析造成氧化膜与合金基体结合减弱及氧化膜在S 偏聚处剥离的机理.
    The effect of S impurity on adhesion of Fe(110)/Al2O3(0001) interface is studied by the first-principles plane wave pseudopotential method within the density functional theory. It is shown that S impurity prefers to occupy the site of Fe3 at Fe(110)/Al2O3(0001) interface substitutionally due to the smallest interface segregation energy. The adhesion of Fe(110)/Al2O3(0001) interface is mainly governed by the interaction between Fe and O atoms on both sides of interface. The calculation results of the partial density of states, Mulliken overlap population and the electron density all suggest that Fe-O interaction is weakened by the segregated S impurity at Fe/Al2O3 interface, and the presence of S impurity gives rise to stronger electrostatic repulsion between Fe and O atoms across Fe/Al2O3 interface, which all leads to a reduced adhesion for Fe/Al2O3 interface. As a result, the results obtained by the first principles can give us a deeper understanding of the mechanism of a reduced interface adhesion and the oxidation film spallation by the segregation of S impurity at FeCrAl alloy interface.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51371049)、辽宁省自然科学基金(批准号:20102173)和沈阳师范大学实验中心主任基金(批准号:Sy201103)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51371049), the Natural Science Foundation of Liaoning Province, China (Grant No. 20102173) and the Experimental Central Director's Foundation of Shenyang Normal University, China (Grant No. Sy201103).
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-17
  • 修回日期:  2014-05-27
  • 刊出日期:  2014-09-05

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