通过第一性原理计算设计ZnxMg1-xAl2O4与Fe的冲击阻抗匹配

论文摘要

透明陶瓷窗口和冲击加载金属材料之间的冲击阻抗匹配是构建样品测试的高高压度自信的状态方程（EOS）的基本要求。新型ZnxMg1-xAl2O4尖晶石系统具有广泛的冲击阻抗和范围透明度。本文采用密度泛函理论（DFT）设计了ZnxMg1-xAl2O4尖晶石的冲击阻抗。结果表明,ZnxMg1-xAl2O4（x=0,0.125,0.25,0.5,1）体系随着x的增加体积与密度呈线性变化。在13-18 GPa范围内,ZnxMg1-xAl2O4（x=0.5）与Fe的冲击阻抗比较接近。ZnxMg1-xAl2O4（x=1）与Fe（?相）的冲击阻抗在0-10 GPa范围内相匹配,在13-22 GPa范围内分别与Fe的单晶相和多晶相的冲击阻抗相匹配。ZnxMg1-xAl2O4（x=0,0.125,0.25,0.5,1）体系随着x的增加吸收减小,相同组分随着压力的增加吸收减下;ZnxMg1-xAl2O4（x=0,0.125,0.25,0.5,1）体系的折射率随着压力的增加而减小,ZnxMg1-xAl2O4（x=0,0.125,0.25,0.5,1）体系的能带随着压力增加而增大,随着x的增加而减小,这些结果表明ZnxMg1-xAl2O4体系在<18.5 Gpa的测试范围内具有良好的透明性。本文通过在燃烧法中制备出了分散性良好的MgAl2O4纳米粉,XRD显示MgAl2O4尖晶石结构在1000℃下已经形成,并且随着温度的升高结晶度变好。MgAl2O4纳米粉的SEM图显示在1100℃下合成的MgAl2O4纳米粉晶粒尺寸范围窄且晶粒形状大小均一。TEM显示聚丙烯酸（PAA）的加入使得MgAl2O4纳米粉具有良好的分散性。通过热压法制备的透明陶瓷样品的致密度明显高于超高压烧结法制备的MgAl2O4样品,在热压法烧结样品前对粉体进行真空热处理可以改善粉体因吸附空气中的水分而导致的团聚,通过工艺的变化制备出了一定透明性的MgAl2O4透明陶瓷样品。本文的工作为样品Fe的冲击波精密测量中透明窗口材料的选择提供了科学依据。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 窗口材料概述
•     1.2.1 窗口材料的发展史
•     1.2.2 窗口材料的国内外研究现状
• xMg_1-xAl₂O₄ 透明陶瓷材料的国内外研究现状'>    1.2.3 Zn_xMg_1-xAl₂O₄透明陶瓷材料的国内外研究现状
•   1.3 本文研究的内容
• xMg_1-xAl₂O₄ 透明陶瓷的冲击阻抗匹配设计与计算'>    1.3.1 Zn_xMg_1-xAl₂O₄透明陶瓷的冲击阻抗匹配设计与计算
• xMg_1-xAl₂O₄ 透明陶瓷的光学性质计算'>    1.3.2 Zn_xMg_1-xAl₂O₄透明陶瓷的光学性质计算
• 第二章 计算方法
•   2.1 计算机模拟实验的重要性
•   2.2 第一性原理与理论基础
•   2.3 密度泛函理论
•   2.4 赝势平面波方法
•   2.5 密度泛函理论的应用——CASTEP
• xMg_1-xAl₂O₄ 体系的冲击阻抗方法'>  2.6 本文计算Zn_xMg_1-xAl₂O₄体系的冲击阻抗方法
•   2.7 光学性质的理论计算方法
• xMg_1-xAl₂O₄ 的冲击阻抗设计与计算'>第三章 Zn_xMg_1-xAl₂O₄的冲击阻抗设计与计算
•   3.1 计算模型与计算参数
• xMg_1-xAl₂O₄ 结构性质'>  3.2 Zn_xMg_1-xAl₂O₄结构性质
• xMg_1-xAl₂O₄ 的冲击阻抗设计'>  3.3 Zn_xMg_1-xAl₂O₄的冲击阻抗设计
•   3.4 本章小结
• xMg_1-xAl₂O₄ 的光学性质计算'>第四章 Zn_xMg_1-xAl₂O₄的光学性质计算
•   4.1 光学性质分析研究及计算参数
• xMg_1-xAl₂O₄ 在高压下的吸收光谱'>  4.2 Zn_xMg_1-xAl₂O₄在高压下的吸收光谱
• xMg_1-xAl₂O₄ 在高压下的带隙'>  4.3 Zn_xMg_1-xAl₂O₄在高压下的带隙
• xMg_1-xAl₂O₄ 在高压下的折射率'>  4.4 Zn_xMg_1-xAl₂O₄在高压下的折射率
•   4.5 本章小结
• 2O₄ 透明陶瓷的制备实验'>第五章 MgAl₂O₄透明陶瓷的制备实验
•   5.1 引言
•   5.2 透明陶瓷的发展
• 2O₄ 的粉体制备方法'>  5.3 MgAl₂O₄的粉体制备方法
• 2O₄ 透明陶瓷的前驱粉体制备实验'>  5.4 MgAl₂O₄透明陶瓷的前驱粉体制备实验
• 2O₄ 的透明陶瓷制备方法'>  5.5 MgAl₂O₄的透明陶瓷制备方法
• 2O₄ 的透明陶瓷制备实验'>  5.6 MgAl₂O₄的透明陶瓷制备实验
•   5.7 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张锐

导师: 陈青云

关键词: 第一性原理,冲击阻抗,光学性质

来源: 西南科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 西南科技大学

分类号: O469

总页数: 56

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