Фазовые превращения и подвижность водорода в гидридах на основе магния по данным методов компьютерного моделирования

• Автор: Клюкин, Константин Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
Введение

Г лава 1. Основные характеристики и свойства гидридов металлов -

материалов для хранения водорода

1.1 Материалы для хранения водорода

1.2 Хранение водорода в наноструктурированных и объёмных гидридах на основе магния

1.3 Процессы сорбции водорода материалами на основе магния

1.4 Цель и задачи работы

Глава 2. Методы теории функционала плотности для исследования стабильности гидридов и диффузии водорода

2.1 Теория функционала плотности

2.1.1 Метод FLAPW
2.1.2 Метод псевдопотенциалов
2.2 Оптимизация структуры и расчёт стабильности соединений
2.3 Расчёт коэффициента диффузии
2.3.1 Определение энергии активации
2.3.2 Расчёт вклада энергии нулевых колебаний
2.3.3 Оценка коэффициента диффузии
2.3.4 Расчёт коэффициента диффузии сложных диффузионных переходов
при наличии локального минимума вдоль пути диффузии
2.4 Выбор параметров расчётов
2.5 Выводы
Глава 3. Теоретическое исследование микроструктуры и стабильности тонких плёнок Mg/Ti и Mg/Nb

3.1 Тонкие пленки Mg/Ti
3.2 Тонкие пленки Mg/Nb
3.3 Выводы
Глава 4. Исследование фазовых превращений в кристаллической решётке магния
4.1 Фазовые переходы, вызванные добавками переходных металлов с
ОЦК структурой
4.2 Водородоиндуцированные фазовые переходы в магнии
4.2.1 Определение позиции атомов водорода в решётке магния
4.2.2 Расчёт фазовых переходов, вызванных вхождением водорода в решётку
4.3 Схема водородоиндуцированных фазовых превращений в магнии
4.4 Вывод
Глава 5. Исследование подвижности водорода в магнии
5.1 Пути миграции водорода в различных структурах магния
5.1.1 Миграция водорода в ГПУ структуре магния
5.1.2 Миграция водорода в ОЦК структуре магния
5.1.3 Миграция водорода в ГЦК структуре магния
5.2 Расчёт коэффициента диффузии
5.3 Выводы
Заключение
Литература
Список публикаций, в которых изложено основное содержание диссертации

Список сокращений
ГПУ - гексагональная плотноупакованная (решётка)
ГЦК - гранецентрированная кубическая (решётка)
ОЦК - объёмно-центрированная кубическая (решётка) вес.% - весовой процент ат.% - атомный процент
LDA - приближение локальной плотности (Local Density Approximation)
GGA - приближение обобщенного градиента (Generalized Gradient Approximation)
ZPE - энергия нулевых колебаний (Zero Point Energy)
FLAPW - полнопотенциальный метод линеаризованных присоединённых плоских волн (Full Potential Linearized Augmented Plane Waves)

LDA приближения делается предположение, что обменно-корреляционная энергия электронов зависит только от локальной электронной плотности. Данное приближение является хорошим для систем со слабо меняющейся электронной плотностью. Нелокальные эффекты в функционале обменнокорреляционной энергии могут быть учтены за счёт использования GGA приближения. В этом случае обменно-корреляционный функционал зависит не только от плотности, но и от её первой пространственной производной:
Е%сА[р(г)] - Jfp(r),Vp(r)]dr (2.3)
При этом определенного вида зависимости f[p(r), Vp(F)] обменно-корелляционного функционала от градиента электронной плотности не существует. Выбор потенциала для расчёта металлического магния и гидридов на его основе подробно исследуется в работе [78], в которой рассматривались GGA функционалы РВЕ (Пердью-Бурке-Эрзенхова) [79] и PW91 (Пердью-Ванга) [80], а также LDA функционал. Было показано, что GGA функционалы дают близкие к экспериментальным значения различных параметров металлического магния, в то время как LDA функционал дал более близкие к экспериментальным результаты для гидрида магния. Однако, по мнению авторов работы, LDA показал лучшие результаты магния из-за наложения множества ошибок, которые данный метод дал при расчёте энергии молекулы водорода и энергии металлического магния. В итоге авторы работы рекомендуют использовать GGA функционалы, которые хоть и могут давать результаты несколько отличающиеся от полученных экспериментально, но зато более точно описывают систему в целом. Обменно-корреляционный функционал, предложенный Perdew, Burke и Ernzerhof [79], успешно используется для изучения гидридов на основе магния в ряде работ [50,54,61,69,78,81-85], что и определило выбор данного потенциала для наших исследований.