Структурная устойчивость гидридов переходных металлов и квазикристаллов

• Автор: Белов, Максим Павлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Водород в переходных металлах и квазикристаллах

1.1 Методы сжатия водорода и получения гидридов

1.2 Фазовые переходы, кристаллическая и магнитная структуры гидридов..

1.3 Диффузия водорода в металлах: теоретические аспекты

1.4 Квазикристаллы

1.4.1 Структура икосаэдрических квазикристаллов. Апроксиманты

1.4.2 Водород в квазикристаллах на основе Ti. Структурные особенности

1.4.3 Диффузия

Глава 2. Методы расчетов

2.1 Теория функционала электронной плотности
2.2 Формализм волновых функций и метод исевдопотенциала
2.3 Динамика решетки в рамках теории функционала электронной плотности
2.3.1 Частоты колебаний кристалла. Общие положения
2.3.2 Приближение линейного отклика
2.3.3 Межатомные силовые константы
2.3.4 Расчет термодинамических свойств. Квазигармоническое приближение
2.4 Молекулярная динамика Кара-Парринелло
2.5 Метод NEB для расчета пути с минимальной энергией
Глава 3. Детали и результаты расчетов
3.1 Гидриды высокого давления переходных металлов Сг, Со и Ni
3.1.1 Параметры основного состояния гидридов, образованных на базе ГЦК, ГПУ и ДГПУ решеток металла. Плотность электронных состояний

3.1.2 Фононные спектры и плотность фононных состояний для СгН, СоН и NiH. Динамическая устойчивость фаз
3.1.3 Энергия Гиббса. Термодинамически устойчивые фазы.
Их свойства
3.2 Водород в 1/1 аппроксиманте икосаэдрического квазикристалла
TiZrHf
3.2.1 Энергия растворения
3.2.2 Особенности связей Ме-Н, Ме-Ме, Н-Н. Зарядовое состояние
3.2.3 Диффузия
Заключение
Литература

Введение
Актуальность работы.
Интерес к системам металл - водород имеет весьма многоплановый характер, охватывающий широкий диапазон от чисто научных до сугубо прикладных проблем. Водород, введенный в металл может радикально изменить свойства последнего. Наиболее ярко это проявляется в появлении сверхпроводимости в металлах и сплавах, где без водорода она отсутствует или же введение водорода существенно меняет сверхпроводящие параметры. Другим важным примером является изменение магнитных свойств, в том числе магнитное упорядочение. Мы сталкиваемся с проблемой перестройки электронного спектра, изменением электрон - ионного взаимодействия и фононного спектра. В металловедении большое внимание уделяется водородному охрупчиванию металлов.
Большая подвижность водорода в металле делает эти системы уникальными для изучения диффузии атомов в твердых телах. Здесь прежде всего интересна классическая надбарьерная диффузия. Последовательное изучение ее позволяет исследовать особенности потенциального рельефа, который создают атомы металла в элементарной ячейке.
Системы водород - металл имеют огромное прикладное значение. Фактически все основные современные направления развития энергетики предполагают использование этих систем. В атомной энергетике это связано с созданием термостабильных замедлителей и специального класса конструкционных материалов, в термоядерной энергетике — с поведением так называемой первой стенки термоядерных реакторов, в водородной энергетике — с храпением, транспортировкой и извлечением водорода.
Основные экспериментальные результаты для растворов с относительно высоким содержанием водорода были получены для Рс1 и металлов IV и V групп (Тц Ъх, НГ, V, N6, Та). Как известно, 14 из 15 переходных металлов VI - VIII групп, а среди них такие важнейшие и интересные металлы, как Со, №, Сг не образуют гидридов в равновесных условиях при давлении водорода порядка атмосферного. Поэтому интересно взглянуть на гидриды этих металлов при повышенных

структурной термодинамической стабильности квазикристаллов, описанию специфики их электрических, магнитных и других физических характеристик. Большой интерес к квазикристаллическим сплавам объясняется также сочетанием в них повышенной прочности, характерной для аморфных сплавов, со стабильностью свойственной кристаллам, а не так давно было обнаружено также, что некоторые квазикристаллы на основе Ті могут быть использованы в качестве накопителей водорода [64,65,66,67]. Это делает их интересными объектами для возможных приложений.
1.4.1 Структура икосаэдрических квазикристаллов. Апроксиманты.
Как было отмечено выше, квазикристаллы имеют бесконечный период решетки из-за отсутствия трансляционной симметрии. Таким образом описывать электронную структуру квазикристаллов трудно, в силу неприменимости теоремы Блоха. Значительное упрощение анализа свойств может быть осуществлено рассмотрением квазикристалла, как структурного предела последовательности рациональных аппроксимант с увеличивающимся периодом. Аппроксиманты -периодические объекты с локальной икосаодрической структурой. Рациональные аппроксиманты могут быть получены при проецировании из шестимерного гиперпространства в физическое трехмерное пространство с ориентацией проекционной трубы, взятой, как пропорция следующих чисел из ряда Фибоначчи, то есть, 1/1, 2/1, 3/2, 5/3...и т.д. Икосаодрическая фаза получается, когда проекционная труба имеет угол наклона 0, определяемый соотношением tg0 = r~ гдег = 1.618...- золотое число, которое является пределом соотношения чисел ряда Фибоначчи. Простейшая структура 1/1 аппроксиманты является стартовой точкой в исследованиях структуры икосаэдрических квазикристаллов. Структура 1/1 аппроксиманты основана на кластере Бергмановского
типа, насчитывающем 45 атомов (рисунок 10) [68]. Этот кластер состоит из двух различных оболочек. Первая - внутренняя оболочка, представляет собой искаженный икосаэдр, вершины которого заняты атомами Ті, а в центре икосаэдра находится атом Ni. Трехмерная картина внутренней оболочки