基于第一性原理的锐钛矿型TiO2力学性质研究

《基于第一性原理的锐钛矿型TiO2力学性质研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10530学号201230131800分类号O482密级公开硕士学位论文基于第一性原理的锐钛矿型TiO2力学性质研究学位申请人吴文虎指导教师尹久仁教授学院名称土木工程与力学学院学科专业一般力学与力学基础研究方向新材料力学行为与设计二零一五年六月二日StudiedonmechanicalpropertiesofanataseTiO2basedonfirst-principlesCandidateWuWenhuSupervisorProfessorYinJiurenCollegeCivilEn

2、gineeringandMechanicsProgramGeneralandFundamentalMechanicsSpecializationMechanicalBehaviorandDesignofMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任

3、何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月

4、日导师签名：日期：年月日摘要近几十年来，材料科学已经成为化学化工、环境保护和生物医药等许多领域所关注的焦点。二氧化钛作为一种重要的金属氧化物在电子工业、染料、化工等方面都具有很大的市场。尤其是在催化领域中，TiO2是一种十分常见的光催化剂和多相催化剂，它在工业催化剂中一直占据举足轻重的地位。而且，TiO2的生产技术已经非常成熟，可直接购买到优质的TiO2纳米材料。许多研究者都希望能从TiO2入手来理解氧化物表面的性质，因为其适合许多实验制备方法和分析技术方法。因此，TiO2已经被许多实验和理论工作

5、者青睐。目前对TiO2在光电学性质的研究有很多，但关于锐钛矿型TiO2在力学方面的报导却很少。此外，TiO2在合成时会因为不同的压力和温度等环境因素而产生缺陷，这些缺陷会对TiO2的某些性质产生极大的影响。因此，本文通过CASTEP计算软件结合准谐德拜模型，对锐钛矿型TiO2进行了结构优化，优化后的结果与实验数值的对比证明了该方法的可靠性；并对锐钛矿型TiO的体积弹性模量、热容量以及热膨胀系数与温度和2压强的关系进行了计算。发现当压强相同时，TiO2的体积弹性模量随着温度的升高而逐渐减小；当温度相

6、同时，体积模量则随着压强的增加而迅速增加。而热容和热膨胀系数随温度和压强的变化曲线是相同，当温度较低时，它们随温度的增加而快速增加；而当温度达到一定的大小时，温度对它们的作用就不大了，最后都达到一个极限值。这些结果有助于我们更好的认识温度和压强对锐钛矿型TiO2晶体性质的影响，从而达到对实验的指导作用。其次，我们使用MaterialStudio对含本征缺陷的锐钛矿型TiO2进行了结构优化，结果表明，空位缺陷和间隙缺陷的存在会对结构的其他原子产生影响，对缺陷周围原子的影响尤为突出。计算了完美锐钛矿型

7、TiO和含本征缺陷锐钛矿型TiO的弹性性能，分22析了本征缺陷对锐钛矿型TiO2力学性能的影响；并结合三种近似理论对它们的体积弹性模量和剪切模量进行了计算和分析。这些理论数据对含本征缺陷锐钛矿型TiO的研究2有一定的指导意义。关键字：锐钛矿型TiO2；热力学；第一性原理；本征缺陷；弹性性质IAbstractInrecentdecades,materialsciencehasbecomethefocusofchemistryandchemicalengineering,environmentalpr

8、otectionandbiotechnologyandsoon.TiO2asakindofmetallicoxides,hasawiderangeofapplicationsinelectronics,dyesandchemicals.Especiallyincatalysis,TiO2isaverycommonphoto-catalystandheterogeneouscatalyst,ithasoccupiedapivotalpositionintheindustrialcat