第一原理電子論によるAl粒界の構造と物性の研究

利用第一性原理电子理论研究Al晶界的结构和物理性质

基本信息

批准号：
01F00053
负责人：
山本良一
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

応力下におけるAl結晶粒界の原子配置と電子構造変化を計算し、Naの偏析があるとない場合のAl粒界の「第一原理引張試験」を行った。応力-ひずみの関係により、純Al粒界の場合に、ひずみが31%で最大応力は9.9GPaであり、Na偏析した場合には、ひずみが25%で最大応力は9.3GPaである。Naの偏析した場合の応力は純Al粒界に比べると少し低くなり、純Al粒界より先に破壊すると判る。Al粒界の破壊するまえにひずみが23%から応力の増加は遅くなり、31%で最大応力が達してから応力も遅く減少していく。この結果はDeyimenjianらの[100]結晶軸方向に沿ってAl完全結晶の破壊方式と類似している。Σ9対応粒界でのAl-Alボンドは強く結合されていると考えられる。Al粒界の価電子密度の結果によっても、粒界で価電子はかなり存在していることが判る。Naが偏析した場合には、粒界に垂直するxx方向ではひずみの増加にともない、応力が高くなった。最大応力に対するひずみが25%である。ひずみが0-5%範囲にユニットセルに圧応力があると判っている。純Al粒界と比べると、Naの偏析の場合に応力がプラスになる必要なひずみが高い(純Al粒界:3-4%の間;Al-Na系:5%)。NaがAl粒界に偏析するとAl粒界が膨張し、さらにユニットセルに圧応力が残ったためであると考えられる。ひずみの増加とともに価電子密度とボンド長の変化を調べた。純Al粒界の場合に粒界でのEFボンドが切れる。Naの偏析した場合にはNa周辺のEFとEHボンドはともに切れる。「Naの偏析によりNa周辺の価電子密度大幅に減少するため、不純物偏析により界面の結合強度(adhesion)が弱まる」の結論と一致した。

计算了应力下Al晶粒边界处的原子布置和电子结构的变化，并在具有或没有NA分离的情况下对Al晶界进行了“首次原理拉伸试验”。由于应力 - 应变关系，在纯Al晶界的情况下，应变为31％，最大应力为9.9GPA，在NA隔离的情况下，应变为25％，最大应力为9.3GPA。隔离Na时的应力略低于纯Al晶界的应力，并且可以看到在纯Al晶界之前破裂。应力从应变在Al晶界处断裂之前的23％缓慢增加，并且在最大应力达到31％后，应力缓慢下降。该结果类似于沿Deyimenjian等人的[100]晶体轴破坏完美晶体的方法。据认为，σ9兼容晶界处的Al-AL键是强键的。 Al晶界的价电子密度的结果还表明，晶界存在相当大的价电子。当Na隔离时，随着应变的增加，XX方向垂直于晶界的应力增加。相对于最大应力的应变为25％。众所周知，单位电池在应变范围内的压力应力为0-5％。与纯Al晶界相比，在Na分离的情况下，正应力所需的应变较高（纯晶界：3-4％介于3-4％； Al-NA系统：5％）。这被认为是因为当Na在Al晶界处隔离时，Al晶界会膨胀，并且在单位电池中仍然存在压力。随着应变的增加，研究价电子密度和键长的变化。在纯Al晶界的情况下，晶界处的EF键断裂。如果Na被隔离，则Na周围的EF和EH键都会破裂。这与结论是一致：“ NA的分离显着降低了Na周围的价电子密度，而杂质隔离会削弱界面的键强度”。