RuC高壓相變的第一性原理計(jì)算外文翻譯及原文

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯譯文學(xué)生姓名：院（系）：材料科學(xué)與工程專業(yè)班級(jí)：材料1101指導(dǎo)教師：完成日期：2015年3月1日要求1、外文翻譯是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容之一，必須學(xué)生獨(dú)立完成。2、外文翻譯譯文內(nèi)容應(yīng)與學(xué)生的專業(yè)或畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容相關(guān)，不得少于15000印刷符號(hào)。3.外文翻譯譯文用A4紙打印。文章標(biāo)題用3號(hào)宋體，章節(jié)標(biāo)題用4號(hào)宋體，正文用小4號(hào)宋體，20磅行距；頁(yè)邊距上、下、左、右均為2.5cm，左側(cè)裝訂，裝訂線0.5cm。按中文翻譯在上，外文原文在下的順序裝訂。4、年月日等的填寫，用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫，要符合《關(guān)于出版物上數(shù)字用法的試行規(guī)定》，如“2005年2月26日”。5、所有簽名必須手寫，不得打印。RuC高壓相變的第一性原理計(jì)算First-principlecalculationsofhigh-pressurephasetransformationsinRuC作者：JianHao,XiaoTang,WenjingLi,YinweiLi起止頁(yè)碼：46004-p1~p5出版日期（期刊號(hào)）：EPL,105(2014)46004,2014年2月27日出版單位：IOP,EPL(EurophysicsLetters)摘要-使用第一原理計(jì)算在高壓下RuC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，在9.3GPa的壓力下，RuC從ZB型（閃鋅礦型）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g群為I4mm的四面體結(jié)構(gòu)。通過(guò)RuC金字塔構(gòu)造的I4mm結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性達(dá)26GPa，在更高壓力下，則更有利成為WC型結(jié)構(gòu)。觀察到伴隨ZB型→I4mm→WC型的相序，配位數(shù)增加從4至5，然后至6。能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明，ZB型相是半導(dǎo)體，而I4mm和WC型相是金屬。此外，對(duì)所有三個(gè)階段的RuC的機(jī)械特性進(jìn)行了討論。簡(jiǎn)介-經(jīng)壓縮，由于原子間相互作用的變化和電子密度的再分配，化合物通常經(jīng)歷若干次相變。結(jié)構(gòu)的變化也因此可以引起物理性質(zhì)的劇烈變化[1]。如果轉(zhuǎn)變是不可逆的，新相可以恢復(fù)到室溫狀態(tài)。因此，壓縮一直是一種有效的方式來(lái)合成新型功能材料。一個(gè)典型的例子是人造金剛石，這是經(jīng)歷高壓和高溫后合成的一種室溫下為亞穩(wěn)相的材料。近年來(lái)，過(guò)渡金屬碳化物(鈦基復(fù)合材料)由于其顯著的物理特性被廣泛關(guān)注，如高剛度、高硬度、高導(dǎo)熱性和高熔點(diǎn)。大多數(shù)合成的鈦基復(fù)合材料被視為硬/超硬材料，因?yàn)樗麄儽憩F(xiàn)出非常高的體積彈性模量，如TiC(242GPa)[2]，ZrC(223GPa)[3]，WC(439GPa)[4]和PtC(303GPa)[5]。RuC，大約五十年前合成[6，7]，被認(rèn)為是硬金屬碳化物[6]。基于它極其微弱的X射線衍射數(shù)據(jù)，RuC被近似假設(shè)為六方WC型結(jié)構(gòu)[6]。最近，通過(guò)計(jì)算特定的10個(gè)典型的AB型結(jié)構(gòu)的總能量，由田等人提出，立方ZB型（閃鋅礦型)結(jié)構(gòu)為RuC的基態(tài)結(jié)構(gòu)[8]。隨后，趙等人研究了在壓力下RuC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)在20Gpa時(shí)，從ZB型轉(zhuǎn)變?yōu)閃C型的一次相轉(zhuǎn)變[9]。這些工作非常重要，因?yàn)檫@些新結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)將極大地推進(jìn)了我們對(duì)RuC的物理性質(zhì)的理解。鑒于我們最近用第一原理計(jì)算的OsC[10]，發(fā)現(xiàn)了一種斜方晶系的Pmn2結(jié)構(gòu)，超過(guò)最大穩(wěn)定區(qū)域0-80Gpa的壓力也趨于穩(wěn)定。這促進(jìn)了人們對(duì)RuC的Pmn2結(jié)構(gòu)的研究，這是對(duì)OsC的化學(xué)模擬。在這里，我們列出了一個(gè)詳細(xì)的關(guān)于RuC的ZB型，WC型和Pmn2結(jié)構(gòu)在總能量、電子和彈性方面理的論研究。有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化期間的任意壓力下，Pmn2結(jié)構(gòu)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到I4mm四面體結(jié)構(gòu)，最終穩(wěn)定在9.3Gpa至26GPa之間。因此在壓力作用下，RuC的ZB型→I4mm→WC型的相序被發(fā)現(xiàn)。計(jì)算方法-利用密度泛函理論（DGT）中的廣義梯度近似（GGA），進(jìn)行從頭結(jié)構(gòu)松弛[11],在Vienna從頭仿真包中實(shí)現(xiàn)（VASP）[12]。采用全電子投影綴加波（PAW）[13]法，平面波的動(dòng)能截止520eV。表1：RuC的ZB型，WC型和I4mm結(jié)構(gòu)在選定壓力下的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)類型壓力（Gpa）晶格參數(shù)(A)體積原子坐標(biāo)ZB型0a=4.602(4.545(a),4.566(b))24.367Ru4a(0,0,0)C4c(1/4,1/4,1/4)I4mm0a=2.854c=5.35621.818Ru2a(0,0,0)C2a(0,0,0.628)10a=2.829c=5.27921.818Ru2a(0,0,0)C2a(0,0,0.626)WC型0a=2.963(2.908(c),2.921(a))c=2.701(2.822(c),2.672(a))20.531Ru1a(0,0,0)C1f(2/3,1/3,1/2)30a=2.875c=2.65220.531使用分辨率為2π×0.03的Monkhorst包布里淵區(qū)采樣網(wǎng)格，導(dǎo)致總能量的收斂比1兆電子伏/原子更好。采用密度比2π×0.02更密的網(wǎng)格，通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變方法計(jì)算了彈性常數(shù)[14]。聲子色散曲線使用phonopy程序計(jì)算[15]，這是一個(gè)基于超晶胞方法計(jì)算聲子的開(kāi)源軟件包[16]。這種方法通過(guò)VASP代碼優(yōu)化超晶胞，使用費(fèi)曼-海爾曼定理計(jì)算獲得的能量。在所有三個(gè)階段我們都使用3×3×3超晶胞（27RuC式的單元）。結(jié)果和討論—經(jīng)過(guò)充分幾何優(yōu)化，ZB型和WC型結(jié)構(gòu)保持其最初的對(duì)稱性，如圖1。在ZB型結(jié)構(gòu)中，每個(gè)的Ru（C）原子鍵合有4個(gè)C（Ru）原子，常壓下Ru-C鍵的長(zhǎng)度是1.98。在WC型結(jié)構(gòu)中，每個(gè)Ru（C）原子被六個(gè)C（Ru）原子包圍，常壓下有相對(duì)較長(zhǎng)的Ru-C鍵，長(zhǎng)度為2.179。在表1中，B型和WC型相結(jié)構(gòu)參數(shù)與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[6]以及早期的理論結(jié)果比較[8，9]，在2%的區(qū)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很好的結(jié)論。Pmn2型RuC的結(jié)構(gòu)參數(shù)和原子位置子在特定壓力下也完全優(yōu)化。然而，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，Pmn2型的對(duì)稱性會(huì)在優(yōu)化期間發(fā)生變化。在OsC的Pmn2結(jié)構(gòu)中[10]，每個(gè)Os原子與五個(gè)C原子相協(xié)調(diào)，形成扭曲的OsC金字塔。在每個(gè)OsC金字塔中，四個(gè)底部Os-C鍵可以分為兩種鍵長(zhǎng)度略有不同的類型，如圖1所示。在研究的所有壓力中，一旦Os原子被Ru原子取代，四個(gè)底部的Ru-C鍵在優(yōu)化時(shí)會(huì)自動(dòng)變?yōu)槠降取Ｒ虼?標(biāo)準(zhǔn)的RuC金字塔(Ru-C鍵長(zhǎng)為1.984和2.113×4)形成，Pmn2結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成一個(gè)更高對(duì)稱性的空間群為I4mm的四方結(jié)構(gòu)(圖1(d))。圖1：RuC的晶體結(jié)構(gòu)，ZB型（a)，WC型(b)和I4mm結(jié)構(gòu)(d)，OsC的Pmn2結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變化為I4mm(c)，大黑和藍(lán)色的小圓球分別代表Ru（OS）和C原子圖2（a）列出了相對(duì)類似I4mm結(jié)構(gòu)的ZB型和WC型結(jié)構(gòu)的焓計(jì)算。一個(gè)觀察明顯顯示，壓力高于9.3Gpa時(shí)，成為I4mm結(jié)構(gòu)比ZB型結(jié)構(gòu)更加有利，I4mm結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達(dá)26GPa，高于這個(gè)壓力，則被WC型結(jié)構(gòu)取代。根據(jù)我們計(jì)算的焓的結(jié)果，RuC的ZB型→I4mm→WC型相序被發(fā)現(xiàn)，配位數(shù)依次從4到5再到6。為了查清RuC在三個(gè)階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，計(jì)算了聲子色散和彈性常數(shù)，如圖2和表2所示。在高壓力下，因?yàn)闆](méi)有發(fā)現(xiàn)想象中的結(jié)果，ZB型和I4mm結(jié)構(gòu)的聲子譜不顯示。結(jié)果表明，在所有研究的壓力下，ZB型和I4mm的結(jié)構(gòu)都是動(dòng)態(tài)和機(jī)械穩(wěn)定的，而WC型結(jié)構(gòu)只在它的壓力范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。這一結(jié)果表明，新預(yù)測(cè)的I4mm相一旦在高壓下合成，可以恢復(fù)到室溫狀態(tài)，具有潛在的應(yīng)用。圖2：最早提出ZB型和WC型結(jié)構(gòu)相對(duì)我們預(yù)測(cè)I4mm結(jié)構(gòu)作為壓力的函數(shù)（a）（b）（d）–計(jì)算RuC的ZB型，I4mm和WC型結(jié)構(gòu)在室溫下的聲子色散關(guān)系，紅色的線代表的WC型結(jié)構(gòu)在30GPa的聲子譜(d)RuC的機(jī)械性能，如不可壓縮性、彈性常數(shù)以及脆性是重要的潛在技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用。為了比較三個(gè)階段的RuC的不可壓縮性，體積的不可壓縮性為a軸，c軸作為壓力的函數(shù)，被繪制在圖3中。研究發(fā)現(xiàn)，RuC的不可壓縮性的順序是WC型>I4mm>ZB型，也可以從表2中列出它們的體積模量推斷出，316GPa時(shí)為WC型結(jié)構(gòu)，286GPa時(shí)為I4mm結(jié)構(gòu)，242GPa時(shí)為ZB型結(jié)構(gòu)。根據(jù)計(jì)算出I4mm中最大的C，WC型中的C，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，I4mm和WC型相結(jié)構(gòu)分別沿a軸和c軸具有最高的不可壓縮性，（圖3）。令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)RuC的不可壓縮性僅比金剛石稍低（圖3），表明RuC是一種超壓縮材料。此外，在RuC的所有三個(gè)結(jié)構(gòu)中，我們觀察到具有非常高的B/G值（體積/剪切模量比）。結(jié)果表明，高或低的B/G值通常與延展性或脆性有關(guān)，分離延性和脆性的臨界值達(dá)1.75[17]，因此,我們得出結(jié)論,RuC是一種塑性材料。圖3：計(jì)算RuC金剛石的體積不可壓縮性（V/V0），插圖顯示沿a軸的不可壓縮性（A/A0）和ｃ軸的（C/C0）有趣的是檢查電子性質(zhì)和力學(xué)性能之間的關(guān)系(例如，體積彈性模量)。我們關(guān)于能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算（圖４）表明，與ZB型相半導(dǎo)化相反，I4mm和WC型相是幾個(gè)分散帶穿過(guò)費(fèi)米能級(jí)（EF）的金屬。三個(gè)階段的RuC的局部密度狀態(tài)(DOS）對(duì)鍵屬性的研究非常有意義。從圖4可以看出,在所有三個(gè)階段中，費(fèi)米能級(jí)附近的Ru的d軌道和C的p軌道有很強(qiáng)的雜化，強(qiáng)烈的雜化指出是共價(jià)鍵，并導(dǎo)致結(jié)合狀態(tài)的分離。此外，電荷密度分布(圖5)清楚地揭示出三個(gè)階段中Ru-C強(qiáng)大的定向共價(jià)鍵，這也解釋了RuC的高體積彈性模量。圖4：計(jì)算RuC的ZB型(a)，I4mm(b)，WC(c)型結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度（DOS狀態(tài)/eV/f）能量為零的水平線是費(fèi)米能級(jí)圖5：RuC的ZB型(a)，I4mm(b)和WC型結(jié)構(gòu)(c)總電荷密度表2：計(jì)算RUC的ZB型，I4mm和WC型結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)C（GPA），體積模量B（GPA）和剪切模量G（GPA）和B／G比值結(jié)構(gòu)類型C11C33C44C66C12C13BGB/GZB型33081198242743.27I4mm5164276375212182286853.36WC型39670076307199316664.79結(jié)論-總之，除了先前提出的ZB型和WC型結(jié)構(gòu)，我們又發(fā)現(xiàn)了的一種新的空間群為I4mm的結(jié)構(gòu)，它的熱力學(xué)穩(wěn)定壓力范圍為9.3–26GPa。因此，RuC的ZB型→I4mm→WC型相圖也因此被揭示。這個(gè)轉(zhuǎn)變伴隨著配位數(shù)由4至5然后至6的升高。直觀地，這可能是在預(yù)期的壓力下，顯示出過(guò)渡重金屬的強(qiáng)大連接性能。結(jié)果還表明，三個(gè)階段的RuC，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，是重要的潛在技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用。我們的資金支持來(lái)自江蘇省批準(zhǔn)號(hào)為BK20130223的自然科學(xué)基金,中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委批準(zhǔn)號(hào)為11204111,江蘇高等教育機(jī)構(gòu)的PAPD和江蘇師范大學(xué)批準(zhǔn)號(hào)為11xlr41的博士生導(dǎo)師的研究項(xiàng)目。參考文獻(xiàn)[1]McMahonM.I.andNelmesR.J.,Chem.Soc.Rev.,35(2006)943.[2]DubrovinskaiaN.A.,DubrovinskyL.S.,SaxenaS.K.,AhujaR.andJohanssonB.,J.AlloysCompd.,289(1999)24.[3]ChangR.andGrahamL.J.,J.Appl.Phys.,37(2004)3778.[4]LeeM.andGilmoreR.S.,J.Mater.Sci.,17(1982)2657.[5]OnoS.,KikegawaT.andOhishiY.,SolidStateCommun.,133(2005)55.[6]KempterC.P.andNadlerM.R.,J.Chem.Phys.,33(1960)1580.[7]KempterC.P.,J.Chem.Phys.,41(1964)1515.[8]ZhaoZ.,WangM.,CuiL.,HeJ.,YuD.andTianY.,J.Phys.Chem.C,114(2010)9961.[9]ZhaoE.,WangJ.andWuZ.,J.Comput.Chem.,31(2010)2883.[10]LiY.,YueJ.,LiuX.,MaY.,CuiT.andZouG.,Phys.Lett.A,374(2010)1880.[11]PerdewJ.P.,BurkeK.andErnzerhofM.,Phys.Rev.Lett.,77(1996)3865.[12]KresseG.andFurthm¨ullerJ.,Phys.Rev.B,54(1996)11169.[13]Bl¨ochlP.E.,Phys.Rev.B,50(1994)17953.[14]LePageY.andSaxeP.,Phys.Rev.B,65(2002)104104.[15]TogoA.,ObaF.andTanakaI.,Phys.Rev.B,78(2008)134106.[16]FrankW.,Els¨asserC.andF¨ahnleM.,Phys.Rev.Lett.,74(1995)1791.[17]PughS.F.,Philos.Mag.,45(1954)823.指導(dǎo)教師意見(jiàn)：指導(dǎo)教師簽字：年月日系(教研室)意見(jiàn)：主任簽字：年月日注：此表單獨(dú)作為一頁(yè)。目錄目錄第一章總論 1一、項(xiàng)目概述 1二、可行性研究報(bào)告編制依據(jù)和范圍 2三、項(xiàng)目主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 3四、******國(guó)家森林公園概況 3第二章項(xiàng)目背景及必要性 8一、項(xiàng)目背景 8二、項(xiàng)目建設(shè)的必要性與可行性 10第三章項(xiàng)目選址分析 13一、項(xiàng)目選址 13二、項(xiàng)目城市概況 13三、經(jīng)濟(jì)發(fā)展概況 14四、公共設(shè)施依托條件及施工條件 17第四章需求分析與建設(shè)規(guī)模 18一、****國(guó)家森林公園現(xiàn)狀與存在問(wèn)題分析 18二、****國(guó)家森林公園日容量預(yù)測(cè) 19三、****國(guó)家森林公園景區(qū)廁所需求面積分析 20四、****國(guó)家森林公園景區(qū)廁所建設(shè)規(guī)模的確定 20第五章項(xiàng)目建設(shè)方案 21一、景區(qū)廁所工程建設(shè)方案 21二、景區(qū)引水上山工程建設(shè)方案 27三、基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)方案 32第六章環(huán)境保護(hù)與勞動(dòng)衛(wèi)生安全 34一、環(huán)境保護(hù) 34二、勞動(dòng)衛(wèi)生與安全 35第七章節(jié)約能源 36一、節(jié)能的相關(guān)法律及設(shè)計(jì)規(guī)范 36二、節(jié)約資源措施 37HYPERLI