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1、Y 1 2 1 2 8 4 7 陟，l 了大学 硕士学位论文 题目 L 丛蛙壁氢挝盘主阎茎旦垄氢垡堑主氢堑羞丛塞 作者鍪堡验 完成日期2 Q Q 2 生垒月2 三旦 培养单位 望刖 盘一堂一 指导教师 高违堑霾亟 专业原子与分子物理 研究方向 盐盘鱼盈至盆i 篮盐 授予学位日期2 Q Q 2 堡鱼月日 四川大学硕士学位论文 L a N i 。储氢材料中间相和氢化物中氦行为研究 原子与分子物理专业 硕士研究生：张传瑜指导教师：高涛 本文从密度泛函理论为基础的第一性原理出发，采用广义梯度近似 ( G G A ：G e n e r a l i z e dG r a d i e n t A p p r
2、 o x i m a t i o n ) ，运用全势能线性缀加平面波 ( F L A P W ：F u l lP o t e n t i a lL i n e a r i z e dA u g m e n t e dP l a n eW a v e ) 方法，首先系 统的研究了镧基储氢材料中间相中氢原子的微观组态和占据规律，通过优 化得到了L a N i 。H x ( x = 2 ，3 ，4 ，5 ) 的稳定结构和电子性质；另外，优化计算 L a N i 潮e 晶体结构来探求氚衰变后氦在合金中的占据位置；并通过氢化物 L a N i 挪5 5 ，5 H e 。5 ，1 和L a N i5 H
3、65 6 H e 1 以及衍生物L a N i A 10 5 H 5 5 H e ”5 1 建模研 究，对镧基储氢材料氢化物中氦行为进行了详细探讨；以上计算结果均与 相关实验数据进行了对比 首次对L a N i 5 H z 孙。s 进行了建模研究，经过优化得到稳定的晶体结构， 从理论上验证其存在性，并计算给出了它们的电子密度以及状态密度图。 结果表明，几种稳定模型中，H 原子最终稳定地排布在基平面( 1 2 n 位) 和 中间面( 6 m 位) 上，并且由于第一个氢原子占据在1 2 n 格位后，引起晶胞 体积膨胀，使得第二个氢原子优先占据中间面的6 m 格位，当氢原子个数从 3 增加到5 时，
4、氢原子在1 2 n 格位和6 m 格位交替占据。通过态密度和电子 密度分析，H 易与N i 离域形成共价键，而与L a 成键情况不明显；L a 原子 与N i 原子之间的相互作用随着H 原子的增加而有所减弱。 对L a N i 。H e 晶体结构，构建了七种不同模型，优化结果表明，氦在十二面 体间隙( 1 b ) 的能量最低，因此氚衰变后，氦原子优先占据该间隙位置。通 过对氦迁移曲线的分析可得，氦原子可以从其他间隙位越过一定的势垒向十 二面体间隙扩散与迁移。通过对L a N i 。H 和L a N i 。l i e 二者态密度、电荷密度以 及等势面分布的比较发现，L a 原子和N i ( 2
5、c ) 原子之间电荷密度的降低和势垒 的升高，导致了它们之间成键的减弱。 四川大学硕士学位论文 对于L a N i 5 H 。d i e 。，优化结果表明，氚衰变后的H e 原子易占据于四面 体间隙( 6 c 。) 位，而不再是十二面体( 1 b ) 格位，这也与x R D 的分析结果是 一致的。通过对态密度和电荷密度的分析可得，随着体系氦含量的增加，在 价带的低能部分带隙逐渐增大；并且在一4 0e V 处出现一个新的窄而高的峰， 主要是H e 的S 轨道形成的。另外，氦原子的电荷密度在空间局域性较强，与 周围的L a 原子和N i 原子没有明显的成键现象；并且H e 原子四周盼电荷密度 较低
6、，整个H e 原子处于一个较深的势阱处。 首次对L a N i 。H 。H e 。进行了理论计算，计算结果也证实了在氢化物中氦 原子优先占据四面体间隙6 c 。格位，与L a N i 。H ss , 。H e 。的计算结果是一致的。 与L a N i 。H 。相比，计算后的晶胞参数a 增大了约0 0 5 A ，而晶胞参数c 却有减 小的趋势。 为了研究L a N i 45 A l o5 氢化物中氦的行为，首先对L a N i 4 5 A l o 5 H 6 构建模 型并优化，得到其稳定结构；在此基础上对L a N 沁A l o 5 H 55 H e o5 和 L a N i 45 A 1 05
7、 H 5 H e 中的氦行为进行了初步探讨。 关键词：密度泛函( D F T ) 、全势能线性缀加平面波( F L A P W ) 、态密 度( D O S ) 、电子密度、势能分布、中间相、氢化物、氚衰变、氦3 I I 四川大学硕士学位论文 T h er e s e a r c ho ni n t e r m e d i a t ep h a s eh y d r i d e sa n dt h eb e h a v i o ro f h e l i u ma t o m si nL a N i 5 一b a s e dh y d r o g e ns t o r a g em a t e
8、r i a l A t o m i ca n dM o l e c u l a rP h y s i c s A u t h o r ：肋a n gC h u a n y u A d v i s o r ：G a oT a o T h ed e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r ya n dt h ef u l l - p o t e n t i a ll i n e a r i z e da u g m e n t e d p l a n ew a v em e t h o dw i t ht h eg e n e r a l i z e dg r
9、a d i e n ta p p r o x i m a t i o n ( G G A ) a r eu s e d t o o p t i m i z et h e c e l la n di n t e r n a l p a r a m e t e r s o fi n t e r m e d i a t ep h a s e h y d r i d e s L a N i s H x ( X = 2 ，3 ，4 ，5 ) ，a n dt h ee q u i l i b r i u ms t r u c t u r e ，d e n s i t yo fs t a t e s 、c
10、h a r g e d e n s i t ys t m c t u r ea n dt h eo c c u p y i n gr u l eo fh y d r o g e na t o m si nt h eh o s ta l l o ya r e s u c c e s s f u l l yo b t a i n e d F u r t h e r m o r e ，t h es e v e nm o d e l so fL a N i s H eh a v eb e e n o p t i m i z e dt of i n do u tt h es t a b l ei n t
11、 e r s t i t i a ls i t e so fH e l i u ma t o m A n dt h es t r u c t u r e s o fh y d r i d e s L a N i s H s 5 ，s H e o5 ，1 ，L a N i s H 65 ，6 H e o5 ，1 a n dt h er e l a t e ds u b s t i t u t e d d e r i v a t i v e sL a N i 45 A 1 0s H 6 ，55 ，5 H e o ，05 ，1a r ea l s oi n v e s t i g a t e dt
12、os e e ka f t e rt h e b e h a v i o ro fh e l i u ma t o m si nt h e a l l o yi nd e t a i l F i n a l l y , c o m p a r i n g w i t h e x p e r i m e n t a ld a t a ，t h e r e s u l t si n d i c a t et h a to u rc a l c u l a t e dd a t aa r ei nw e l l a g r e e m e n tw i t ht h ec o r r e s p o
13、 n d i n ge x p e r i m e n t a ld a t a F r o mo p t i m i z i n gt h ec e l l p a r a m e t e r sa n di n t e r n a lc o o r d i n a t e s f o rs e v e r a l m o d e l s ，t h es t a b l es t r u c t u r ea n de l e c t r o n i cp r o p e r t i e so fL a N i s H x ( x = 2 ，3 ，4 ，5 ) c o u l db es u
14、 c c e s s f u l l yw o r k e do u t A n dt h eo c c u p y i n gr u l eo fHa t o m si nt h eu n i t c e l li sw e l ls u m m a r i z e d ，t h ef i r s tHa t o mp r i m a r i l yl o c a t e si nt h eb a s a lp l a n e ( 1 2 n s i t e ) ；t h e nt h es e c o n dHa t o mw o u l dp r e f e rt oo c c u p
15、yt h em i d d l ep l a n es i t e ( 6 m s i t e ) ；w h e nt h en u m b e ro fHa t o m si n c r e a s ef r o m3t o5 ，t h e yw o u l do c c u p yt h e o t h e r l 2 na n d6 ms i t e sb yt u r n s F r o mt h ep l o t so fd e n s i t yo fs t a t e sa n de l e c t r o n d e n s i t i e s ，i ti ss h o w n
16、t h a tt h eh y d r o g e na t o m sm a k es t r o n gc h e m i c a lb o n dw i t hN i a t o m sr a t h e rt h a nL aa t o m sM o r e o v e rt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nL aa t o ma n dN i I I I 四川大学硕士学位论文 a t o mf u r t h e rb r i n gd o w n g r a d u a l l yw i t ht h ei n c r e a s eo f h y d r o g e na t o m s ，T h em i c r o a r r a n g e m e n to fH e l i u ma t o mf o rt r i t i u ma g i n go fL a N i s H eh a s b e e nm o d e l e df o rt h e
