胡洁琼 谢明 陈家林 刘满门 陈永泰 王松 王塞北 李爱坤

(昆明贵金属研究所,稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106)

Ti3AC2相(A=Si,Sn,Al,Ge)电子结构、弹性性质的第一性原理研究∗

胡洁琼 谢明†陈家林 刘满门 陈永泰 王松 王塞北 李爱坤

(昆明贵金属研究所,稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106)

(2016年10月9日收到;2016年12月1日收到修改稿)

采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法,通过广义梯度近似研究了Ti3AC2相(A=Si,Sn,Al,Ge)的相结构、能量、电子结构和弹性性质.首先对六方晶相结构的Ti3AC2(A=Si,Sn,Al,Ge)四个相进行几何优化,对其能带结构、总态密度、分态密度和电荷密度分布以及弹性性质进行研究,并计算各相的内聚能与形成能.计算结果表明:Ti3GeC2较其他三相稳定,Ti3AlC2的形成能最低,说明Ti3AlC2较Ti3SiC2,Ti3SnC2和Ti3GeC2更易生成;Ti3AC2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相在费米能级处的电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时各相的导电性为各向异性.Ti3AC2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相的导电性主要由Ti的3d电子决定,A(A=Si,Sn,Al,Ge)的p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d,A的p和C的2p态电子的p-d电子轨道杂化,而p-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构;对Ti3AC2相(A=Si,Sn,Al,Ge)弹性性质的研究表明Ti3AlC2的原子间结合力较弱,而Ti3GeC2的原子间结合力相对较强,材料的强度较大.

第一性原理,MAX相,电子结构,弹性性质

1 引 言

Mn+1AXn系列三元合金化合物是层状化合物,其中M代表过渡金属元素(Ti,Zr,Cr,Mo);A代表主族元素(Al,Si,P,S,Ga,Ge,Sn);X代表碳或氮.MAX相材料的晶体结构属于六方晶系,空间群为P63/mmc,其晶体结构可以……