氧原子在α钛晶体中扩散的第一性原理研究

• 作者: 曹阳 杨亮 林仕伟 王才壮
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 第一性原理 钛 扩散
• 年，卷（期）: 2017,（11）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:结构、力学和热学性质
• 页码范围: 251-260
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.66.116601

摘要

在材料领域杂质原子的迁移是一个基础而永恒的主题.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了氧原子在α钛(α-Ti)晶体中的间隙占位情况,并计算了氧原子稳定占位点间隙能、电子态密度、电荷差分密度及其邻近钛原子的位移情况.采用基于过渡态搜索理论的CI-NEB (climbing image nudged elastic band)方法预测了稳定态氧原子在α-Ti晶体中的扩散路径、扩散势垒及相应的跳转频率,并由此推算出氧原子在不同位点之间跳转的扩散系数.研究结果表明,间隙氧原子在六角密排钛晶体结构中共有七种占位,但仅存在三个可稳定占据的间隙位点:八面体中心位点、六面体中心位点及0.28 nm钛一钛键中心位点.各稳定间隙位点之间的扩散具有不对称性,因此可确定三种稳定间隙氧原子位点间存在七条独立扩散路径.获取计算不同路径扩散系数所需要的微观参数,包括扩散势垒、扩散长度、不同扩散路径上鞍点氧原子的跳转频率,最终预测了不同间隙位点之间氧原子的扩散系数值,其中八面体中心扩散到邻近键位的扩散系数与实验值相符合.通过对间隙氧原子扩散行为的深入了解,希望能对控制钛合金中氧的扩散、提高钛金属中氧的含量及相关研究提供基础理论支持.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	曹阳	海南大学材料与化工学院	55	251	8.0	13.0
2	林仕伟	海南大学材料与化工学院	19	101	5.0	9.0
3	杨亮	南京理工大学化工学院	21	21	3.0	4.0