LaMeAl11O19陶瓷具有独特的晶体结构, 优异的热力学性能, 低热导率, 高温相稳定性等特点, 是一类非常有应用前景的热障涂层(TBC)材料。本研究通过大气等离子喷涂(APS)制备了LaMeAl11O19/YSZ (Me=Mg, Cu, Zn)双陶瓷层热障涂层。通过对涂层进行火焰热循环测试并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析技术对涂层进行失效分析。结果表明, LaMgAl11O19 (LMA)、LaZnAl11O19 (LZA)和LaCuAl11O19 (LCA)粉末在等离子喷涂过程中发生了分解, 导致三种涂层中磁铅石相含量的差异, 从而影响三种涂层的热循环寿命。由于LaMeAl11O19层与YSZ层的热膨胀系数不匹配以及非晶相重结晶产生的体积收缩, LaMeAl11O19层从YSZ层上剥落。YSZ层暴露在高温下, 加速了烧结和TGO的生长, 又促进了YSZ层剥落。低温下, LaMeAl11O19的热导率随着Me原子序数增加而降低; 高温下, 与LMA和LZA相比, LCA涂层红外发射率最高(0.88, 600 ℃), 削弱了光子传导对热导率的贡献, 导致热导率降低, LCA在高温红外辐射涂层中具有潜在的应用价值。
热障涂层 磁铅石型稀土六铝酸盐 火焰热循环 热力学性能 thermal barrier coating magnetite rare earth hexaaluminate flame thermal cycling thermodynamic property
1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
2 西北工业大学化学与化工学院, 西安 710072
为了掌握Ⅲ族氮化物微观结构对热力学性能的影响规律, 进而为超高功率器件的设计提供数据支持, 本文借助第一性原理计算软件CASTEP, 对半导体AlxGa1-xN不同合金结构及其热性能进行了系统研究。结构优化和数据分析后发现, AlxGa1-xN的晶格常数、平均键长和晶格热容值随Al组分值x(原子数分数)增大而线性减小。热力学性质计算结果表明, 在GaN中引入Al组分会在频率带隙中引入杂质模, 随着Al组分浓度的增加杂质模变宽并进入低频段, 在低频段顶部频率随Al组分增大而线性升高, 在12.5%以上低频段顶部频率均大于 (1/2)A1(LO)。温度从300 K到700 K变化时, 合金热容随温度变化关系结果证明, 在确定温度时, AlxGa1-xN合金热容随Al组分增大而线性减小。本文的研究为以AlxGa1-xN为代表的Ⅲ族氮化物半导体高功率器件设计提供了一定的设计参考。
Ⅲ族氮化物 高功率器件 色散关系 热力学性质 第一性原理 密度泛函理论 Ⅲ-nitride high power device phonon dispersion thermodynamic property first-principle density functional theory AlxGa1-xN AlxGa1-xN
1 贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳 550025
2 教育部半导体功率器件可靠性工程研究中心，贵阳 550025
3 贵州财经大学信息学院，贵阳 550025
基于密度泛函理论，对Al组分由0～1变化时AlxGa1-xAs体系的晶体结构、差分电荷密度、光电性质以及热力学性质进行第一性原理计算。得到AlxGa1-xAs体系的晶格常数a与Al组分x之间呈线性增加关系。能带结构图显示其禁带宽度将随掺入Al组分x的增加而变大，并且当x≥0.5时，体系能带由直接带隙变为间接带隙。静介电系数ε1(0)随掺入Al组分增加而减小，吸收系数带边随x增大而发生蓝移现象。由材料体系的德拜温度随Al组分的变化情况可知，Al组分增加，体系的声速和弹性劲度常数也相应地增大，高温时比热容的非线性增大是单位质量内AlxGa1-xAs的原胞数非线性增加所导致。通过分析不同Al组分下AlxGa1-xAs体系的光电特征、热力学性质，从而为AlxGa1-xAs在光电子器件以及太阳能电池等方面的应用以及后续的深入研究打下理论基础。
第一性原理 晶格常数 电子结构 光学性质 热力学性质 first-principle lattice constant electronic structure optical property thermodynamic property
1 乐山师范学院 物理与电子工程学院， 四川 乐山 614004
2 四川大学 原子与分子物理研究所， 成都 610065
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论,并结合准谐德拜模型,计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的体积、热膨胀系数、体弹模量和等体热容等弹性性质及热力学性质。在温度高于1 100 K的条件下，计算出的等体热容趋近于Dulong-Petit极限。得到了绝对零度、零压强下ErH2的该结构的晶格常数为0.523 2 nm，与实验值0.523 0 nm非常接近。由不同的原胞体积得出了该体系的单点能与原胞体积的关系的数据；从计算出的高压下的弹性常数，根据立方晶系的力学稳定性条件，推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa。
弹性常数 热力学性质 密度泛函理论 准谐德拜模型 elastic constant thermodynamic property density functional theory quasi-harmonic Debye model erbium dihydride ErH2
1 重庆交通大学 理学院, 重庆 400074
2 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
采用密度泛函理论与准谐振德拜模型研究了面心立方相的6Li2O在极端条件下的热力学性质与电子结构。结果表明:6Li2O的热膨胀系数在任何温度下都随压强增加明显降低,但仅当压强较低(低于40 GPa)时，温度对6Li2O的热膨胀系数的影响才明显;O原子半径随压强增大而迅速降低，而随温度的变化并不明显;在低压条件下(低于40 GPa)，带隙随温度的升高缓慢降低；而在高压条件下(高于40 GPa)，温度对带隙宽度的影响几乎可以忽略；无论在什么温度条件下，带隙宽度均随压强的增大而迅速增加。
热力学性质 热容 膨胀系数 分波电子态密度 能带 6Li2O 6Li2O thermodynamic property heat capacity thermal expansion coefficient partial density of state energy band
由弱磁场中弱相互作用费米气体的配分函数,导出有限粒子数条件下系统的配分函数G(β,N+).在此基础上,运用统计平均方法求解有限粒子数弱相互作用费米气体热力学量的解析表达式,给出各种温度条件下的热力学性质.研究结果表明,有限粒子数效应使各个热力学量都产生了一个修正项,除温度趋于0外,粒子数对化学势的修正项有直接影响,对内能和热容量的修正项并不产生直接影响.并且有限粒子数效应总是降低化学势,从而使化学势的0点向低温漂移,粒子数增大,会削弱这种效应,粒子间的相互排斥会加强这种效应.
有限粒子数 费米气体 相互作用 热力学性质 finite number of particles fermi gas interaction thermodynamic property 原子与分子物理学报
2007, 24(6): 1326
1 兰州师范高等专科学校电子信息科学与技术研究所,兰州,730070
2 兰州师范高等专科学校物理系,兰州,730070
3 四川大学原子与分子物理研究所,成都,610065
利用从头算场论结合局域密度近似和Troullier-Martins赝势,计算了MgO的声子散射曲线和热力学特性.计算结果和所有的有效实验值进行了比较,发现理论计算结果和实验结果吻合的很好.
声子散射曲线 热力学特性 第一原理 Phonon dispersion curve Thermodynamic property First-principles 原子与分子物理学报
2005, 22(3): 405
用密度泛函理论(DFT)研究硝酸丙酯化合物的分子结构、振动光谱和热力学等基本性质.取BLYP、B3LYP方法和6-31G*、6-31G**、6-311G*、6-311G**基组,对硝酸丙酯分子的几何构型进行全优化计算并分析其电子结构性质.和考虑了二级相关能校正的MP2/6-311G*计算结果比较表明,B3LYP/6-31G*是研究许多较大体系化合物卓有成效和颇有前途的方法.在B3LYP/6-31G*的水平上对优化后的结构进行了正则振动频率分析,?靡蜃?.95校正后的振动光谱和实验结果比较,符合较好.进一步计算得到了该化合物不同温度下的标准热力学函数值.
硝酸丙酯 密度泛函理论 几何构型 振动频率 热力学性质 Propyl nitrate DFT method Geometry Vibrational frequency Thermodynamic property
