关于铱原子的研究.docx

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关于铱原子的研究

关于铱原子的研究

在过去的几十年中，铱由于其特殊的力学性能，催化活性，高温腐蚀下高电阻以及脆性的被提起了极大的研究兴趣。

同时，也成为一个具有挑战性和令人费解的问题材料。

科学家发现，与具有良好的延性面心立方（催化裂化）金属不同，铱单晶体和多晶铱当温度上升到1000摄氏度后进行脆性穿晶断裂会产生塑性变形。

关于铱基本机制的不寻常的脆性，已经有很多的实验和理论调查的文献，而这些结果是不符合之前的研究。

例如，我们曾经认为晶界杂质的偏析是引起铱脆性断裂的原因，而后来的研究显示无杂质的铱也存在这样的脆性。

此外，分子动力学模拟表明超位错密度和应变硬化率会引起铱的脆性，而实验表明，铱的位错和应变硬化率是类似于其他面心金属。

此外，铱的集中取向一般被认为是引起的脆性的原因，然而通过这些计算结果显示出不同的结果。

明显的，脆性材料铱仍然是一个谜，它的迷人之处在于进一步揭示其内在机制。

压力和温度等物理性质对于材料都是重要的具有价值的科学技术。

在这方面，目前只有少数研究对铱在文献上有记载。

例如，在一定压力和温度下，实验和计算在研究压力依赖性的铱的晶格常数和相变，以及分子动力学模拟的预测正确的弹性常数都失败了。

应该指出，我们缺乏一个系统、深入的研究关于铱在压力与温度下的物理性能的报告，而且塑性理论不能解释铱的不寻常的脆性。

本研究因此专门的利用第一原理计算，探讨在温度控制下机械性能研究，并得到比较深层次展现铱的弹性和脆性电子视图。

计算方法

第一原理计算是在维也纳从头计算模拟软件包内的密度功能理论的基础上完善。

计算是在一个平面基础上，利用投影增强波方法。

交换和相关项目所描述的广义梯度近似（广义）是由perdew等人提出，截止能量是400年和500电子伏特，分别对平面波eV基础和增强电荷。

温度和与压力成比例的弹性常数的计算方法是

由王教授等人采用和主要观点提出如下：

第一，体积依赖性的弹性常数；其次，

亥姆霍兹自由能；第三，依赖于温度的等温弹性常数。

在上述过程中，振动自由能量的计算框架中的超晶胞方法：

一个细胞大小的3×3×3。

试验后的计算，k-meshes的15×15×15，21×21×21，7×7×7是分别通过动态，弹性常数，和超级单体的计算。

结果与讨论

首先我们从基态性质的面心立方铱。

因此，可以看出，晶格常数3.88˚A与实验值3.84˚˚A[19],相符，并计算压力–体积数据吻合良好的实验测量[11]，例如，计算压力值的铱V/V0点的0.947，0.899，0.876分别是21，47，和63GPa，而与实验值为20，46，和62GPa相符，分别为[11]。

此外，该单晶弹性常数C11，12，和c44计算分别是573，222，和241，这是与相应的实验值分别为596，252，和270千兆，为[20]。

此外，声子频率的面心立方铱也计算并显示在图1。

观察一个从来自本研究声分散图与实验结果相符，非弹性中子散射[21]。

特别是，应该指出的是，目前的计算很好地再现明显下降[0]分支从实验中，提供比从第一原理和债券秩序潜力计算所得结果更精确的结果，其文献值为[3,21]。

单晶弹性常数的计算面心立方铱作为一个功能的压力和温度，分别和得出的结果总结在图2。

几个特征观察到这一数字。

第一，三弹性常数红外几乎呈线性增加的压力下，和压力衍生物dC11/dP,dC12/dP和dC44/dP计算分别为5.37，3.48和2.10，。

应该指出的是，上述压力导数铱类似其他相应的值面心立方金属方面的规模和序列的大小，如分别为7.22，3.83和2.39的铝[22]和5.54，4.55和2.65的镍[23]，其次，它可以从图2（乙），三弹性常数的红外温度几乎呈线性减少下，和这些斜坡线，即dC11/dT,dC12/dT和dC44/dT，计算结果分别为：

−6.64e−02，−3.89e−02和−2.54e−02GPaK−1。

有趣的是，序列的上述衍生物铱，即dC11/dT

第三，柯西压力C12–C44不同负更积极随压力增加，而变得更加消极随着温度的升高，这表明结合铱更应成为金属的压力下，而更多的共价键在较高的温度。

（B）的体积模量和剪切模量（G））多晶铱源于单晶弹性常数通过Voigt–Reuss–Hill’s的近似为[27]，和典型的例子，图3（a）表明，B和G值铱在环境压力为温度的函数。

可以看出，B和G减少几乎呈线性增加的温度。

探讨脆性延性铱，压力和温度依赖G/B值计算FCC铱，和结果如图3所示（b）。

它应该指出，G/B价值由普格已经广泛作为一个经验参数表达的脆性和延性材料[28]，即临界值为0.57G/B分离脆、韧性的行为；更大的G/B价值意味着更多的脆性，反之亦然。

根据传统理论，断裂强度和塑性变形阻力的材料比例和G和B，分别，并比G/B与延展性的迹象的程度塑性范围[28]。

从图3看到（b），计算G/B0.63值在室温和0钾是很好的相符与相应的实验值为0.62[20]。

它也可以观察到的G/B价值铱下降的压力下，和增加在较高的温度，这意味着压力使铱更多的韧性，而温度使它更脆。

此外，它可以从图3（b）的温度依赖性G/B曲线变得更加平坦，随压力增加，这意味着压力发挥着越来越重要的作用/韧脆性行为的铱温度影响不大，而在较高的压力。

我们现在讨论弹性点中查看铱的脆性。

首先，通过实验观察压力可以降低铱的脆

性并且甚至能增加其延展性，从这应该知道铱这种压力依赖脆性行为这和其他金

属材料包括面心立方十分相似，考虑铱压力依赖弹性系数也与其他面心立方材料

相似，因此可以下一个铱存在压力依赖的正常行为的结论，其次，它可以从图3

所有克/乙值曲线没有压力远远大于临界0.57点，这表明红外是脆性的研究温度

范围，这场比赛以及与实验观察铱失败主要是通过沿晶断裂在温度从-196到

1000摄氏◦有意思的是比较的温度依赖性克/乙铱与其他价值观材料。

例如，

计算三维电压值铱300从目前的研究3.16e−05，即克/乙比率随着温度的升高

而增大。

丁电压值的其他金属的实验是消极的。

这表明其他金属变得更球墨铸铁

的高温。

这样一个明确的比较表明温度依赖性力学性能的铱应相当不寻常的角

度。

应该指出一些立方，半导体也有正面的价值观丁药物疗法的实验，例如

1.66e−05和2.54e−硅05和通用电气公司。

第三，一个可能有用的建议可以考

虑实验，降低脆性，提高其铱加工性能，加工的产品应进行铱在高压力和低

温。

应该指出该机，金属产品在高温是一种常见的其他金属，相反提出了铱温

度低。

此外，临界压力对应于一定的韧脆转变温度也可以从图3例如这样的关键

压力值在0，300，和800度是26，31.6，和38.5千兆，分别，这也将提供有益

的指导实验。

它的重要性，揭示其内在机理的研究压力和温度的依赖性脆，和电

子结构的铱与各种卷因此计算在本研究。

为典型的例子，图4显示的比较对态

密度（剂量）的铱/V值0.5，1和1.5个，分别为。

铱无压图4所示，它

可以看到，在费米能级位于底部的赝和多米以下的水平有一个强有力的本地化简

介三高的山峰，这表明铱–铱接主要是共价键。

铱压缩，这是显而易见的

从图4相比，与那些在图4，带宽情况变得更广泛和峰低得多，表明共价键是大

大减少，主要金属键形成。

反之，铱扩张下（类似于高温的影响），其表现在

图4似乎更本地化带宽减少较高的山峰，这意味着成为共价键和键定向。

应该指

出的是，上述变化的结合在压缩和膨胀是一致的变化柯西压力相关，并能给出一

个合理的解释对脆性延性铱图3所示。

为了进一步了解脆性从电子查看，粘接

和电子结构的铱研究晶体场理论方法。

它是已知的传统理论轨道填充，铱具

有九个价电子在配置对5d76s2。

根据晶体场理论，六d可以形成八面体粘接通

过分裂成键三退化t2g和antibonded双重退化如轨道，而八d可以形成立方键

通过分裂进入保税双退化，例如，非a1g，机构和antibondedb1g轨道。

应该指

出，八面体结合更加定向和强立方键在能源和对称性。

有趣的是，其峰铱图4示出适合与上述假想d-molecular轨道，我们将垂直线和符号在图4清楚地表达

这些d-orbits，即立方粘接铱/0=0.5，而八面粘接铱/V=1和1.5。

此外，其曲线下面的英法图4集成分别，和数量的计算是保税的d是7.96，6.58，

和6.44铱/V0.5，1，和1.5，分别为。

应该指出的是，这些计算数字d非

常接近8或6，这进一步证明对立方八面体结合红外从上述晶体场理论谈起。

增

加D电子从6.58到7.96键合过渡到主要的八面体主要立方压缩，而减少D电子

从6.58到6.44表示键铱变得更为八面体扩张下。

因此，本主要立方接合导致

铱球压缩，而主要负责八面粘接脆性温度高。

以上分析的铱在d晶体场理论

意味着连接定向铱可能是低估了许多以往的电子计算，和力学性能的铱将是

也许更类似于共价键或离子材料。

顺便说一句，有兴趣找出之间的相似性检索首

先，柯西的负面压力的铱和iv-semiconductors是很相似，例如（十二–c44）

值是−14千兆，非常接近相应的值−16−19千兆硅和锗，分别，而其他常见的面

心立方和体心立方金属有积极的价值观柯西压力。

其次温度导数铱和

iv-semiconductors跟随弹性常数相同的序列dc11率

这是相当不同的负价值四）/下降的其他金属[来]。

与半导体方面的力学性能和

粘接。

第三，共价键铱的d-orbits在图4非常相似，半导体材料二氧化钛，

如乐队也分裂形成八面体结合，和能量差异之间最近的高峰，它是发现，铱和

ivsemiconductors都是只通过变形{1}1/211110位错，和铱裂初始/

早期塑性阶段变形，符合iv-semiconductors[5]。

上述的相似性表明，结合

铱应接近，iv-semiconductors在某些方面，这可能是可能的裂像

iv-semiconductors通过键断裂。

结语

总之，第一原理计算表明，压力使铱更韧，而温度导致铱更脆，和压力依赖性，

脆、韧性行为是非常类似于其他金属材料，而变力学性能的铱似乎很不寻常。

本脆性机理在于讨论在电子结构和八面体/立方键从晶体场理论，以及与半导体。

目前的研究不仅可以提供有益的指导实验，但也有深刻理解的脆性铱从弹性电子

视图。

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附图