过渡金属原子固溶在CeO2中结构与力学性能研究

稀土, 2015, 36(6): 25-31. doi: 10.16533/J.CNKI.15-1099/TF.201506005

过渡金属原子固溶在CeO2中结构与力学性能研究

任元 ^1, , 刘学杰 ^2, , 卞志倩 ^3,

1.内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头,014010

2.内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;北京工业大学耿丹学院,北京 101301

3.内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头,014010

基金项目: 内蒙古自治区自然科学基金项目(2010Zd21) 包头市科技计划项目(2013J2010-1) 内蒙古科技大学创新基金项目(2012NCL050) 国家自然基金项目(50845065)

关键词： CeO2 , 过渡金属原子 , 固溶结构 , 力学性能

Elastic Properties of Transition Metal Atom in CeO2 Solid Solution

Keywords： CeO2 , transition metal atomistic , solid solution , elastic properties

为考察CeO2及其固溶过渡金属原子后的力学特性,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了过渡金属(Ti族:Ti、Zr、Hf,V族:V、Nb、Ta)单原子置换固溶在CeO2中的结构,进而计算CeO2及其固溶结构的力学特性.计算结果表明,固溶后CeO2体系力学常数(B、G、E、C11、C12)均有所增加,其中固溶Nb原子后力学性能提高比较明显.但固溶Ti、V原子后C44出现明显下降的现象.Nb原子固溶体的弹性模量明显增大,且各向异性与CeO2相似无明显差异.较Ti、V、Ta原子在CeO2中的置换固溶结构的弹性模量各向异性明显不同,Nb、Zr、Hf原子在CeO2中置换固溶结构的弹性模量各向异性并不突出.通过计算CeO2的能带和态密度,CeO2表现非金属性,且能带结构中存在两条带隙.

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