高压下Na2C2的结构、力学和电子特性
毕业论文关键词：高压 遗传算法 第一性原理 相变
Structural, Mechanical and Electronic properties of Na2C2 under high Pressure
Abstract The structure and electronic properties of alkali metal carbide under high pressure have attracted wide attention, which mainly attributes to the rich chemical bond characteristics of carbon chemistry. The persity of structure leads to rich physical and chemical properties. In this paper, the structure, mechanical and electronic properties of Na2C2 were explored by using the structure prediction method based on genetic algorithm. It results that Na2C22with Immm symmetry transforms into C2/m structure at 12.5 GPa. The elastic constants calculations shown that both Immm and C2/m phases are mechanically stable. The electronic structure calculations conclude that Na2C2 at ambient condition is a semiconductor.
Key word： high pressure genetic algorithm First-principles phase transition Electronic properties
目录
摘要-
Abstract-
目录III
1 绪论- 1
1.1 高压研究的重大意义- 1
1.2 高压技术的发展- 2
1.3 计算模拟在高压材料研究中的应用- 3
2. 理论方法 5
2.1 遗传算法- 5
2.2 第一性原理计算- 5
2.2.1 密度泛函理论- 6
2.2.2 弹性常数的求解- 8
2.2.3 弹性模量及弹性各向异性-10
3 结果分析-11
3.1 高压下 Na2C2的结构相变-12
3.2 弹性常数及弹性模量-14
3.3 Na2C2的电子特性15
4 结论-17
参考文献-18
致谢-19
1 绪论 1.1 高压研究的重大意义 当代， 高压技术得到了迅猛的发展，伴随着高压技术的不断发展和逐步完善，高压科学技术越来越多的应用到了新材料的研究性能的研究和新材料的合成之中；随着一系列的高压科学研究的突破性进展的得出，高压技术已经渐渐成为研究凝聚态、探索新材料的一种极其重要的手段。 当高压作用于物质时，物质中原子或分子距离会在高压的作用下而减小，随着原子间距离的减小，相邻原子的电子轨道交叠增加，材料的物理性质一般都会因此而发生变化。如在不断增加压力的情况下，在高压的作用下会使物质内部的原子间距减小，原子之间电子的分布无疑会因此而改变，这样的结果就是晶体的结构发生相变。 相变的发生一般情况下都会引起物质性质的变化并且一般都会产生新的物理现象。为了研究这些新现象、新性质，并得到意想不到的同一种材料的新的未知性质甚至是发现新的未知材料，人们对高压物理和高压化学产生了浓厚的兴趣，并希望通过对其的研究，来理解高压下发生的一系列变化的本质原因所在，进而更好的将这些结论运用到实际生产生活之中，人们逐步总结出了高压下材料新规律并发展起了相对较完善的高压新理论，当然随着这些理论的建立，人们对物质世界的认识也发生着改变。例如常规凝聚态理论认为，高压下由于材料的价带和导带的展宽导致材料金属性增强。但是在高压下，凝聚态物质会相变为具有优异功能的新材料，如金属转变成绝缘体、超导、超流、热电材料等[1][2]。单质锂和纳[3]在高压下也存在金属向半导体的转变[4][5][6]。而这种转变完全是在高压的作用下才会产生的现象，若是没有高压条件，材料的这些改变是不可能发生的， 也是人们所无法想象的。 源`自*优尔?文.论~文`网[www.youerw.com正是材料在高压在产生的这些难以置信的优异性能，是人们对高压下物质的研究产生了巨大的兴趣， 在这些研究的过程之中无形中推动着科学技术的飞速发展。据统计，在压力从 0GPa 到 10^6GPa 变化的过程中，平均每种凝聚态物质会出现5次结构相变。 因而在高压环境下对物质的研究无疑可以获得许多新型的材料，所以高压成为发现新材料或材料新性质的理想条件和方法。我们知道，物质发生化学反应是有一定的效率的，有些物质之间的化学反应可能进行的非常缓慢或者转化效率太低而不能达到生产要求，所以人们才会尽可能发现催化效率更高的催化剂，而每一种新催化剂的合成往往都会带来生产效率的极大提高和生产成本的极大降低， 二催化剂的这种能力就是通过提高反应物和化学活性实现是， 而高压恰恰可以降低反应物化学反应势垒提高反应物的化学活性，促进化学反应的正向进行，从而可以获得新的合成化学合成材料。例如我们在研究催化剂活性的过程中，当试图提高某种催化剂催化率的或寻找新催化剂时，压力这一条件的掌控具有重要的作用。因而高温高压等极端条件下，凝聚态物质研究一般被认为是一个未来最有希望取得重大突破的科学研究领域。