Компьютерный дизайн новых функциональных и конструкционных материалов с заданными физико-химическими свойствами для целенаправленного синтеза Квашнин Александр Геннадьевич

Краткое описание

Квашнин, Александр Геннадьевич.Компьютерный дизайн новых функциональных и конструкционных материалов с заданными физико-химическими свойствами для целенаправленного синтеза : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.07 / Квашнин Александр Геннадьевич; [Место защиты: ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»]. - Москва, 2020. - 411 с. : ил.

Оглавление диссертациидоктор наук Квашнин Александр Геннадьевич
ГЛОССАРИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СВЕРХТВЁРДЫХ И СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Сверхтвёрдые неуглеродные материалы
1.1.1. Бориды и карбиды хрома
1.1.2. Сложности определения кристаллической структуры
1.1.3. Бориды вольфрама
1.1.4. Бориды молибдена
1.1.5. Бориды гафния и циркония
1.2. Сверхпроводящие материалы
1.2.1. Купраты
1.2.2. Металлический водород и гидрид серы
1.2.3. Гидриды лантана
1.2.4. Гидриды урана
1.2.5. Гидриды тория
1.2.6. Гидриды железа
1.2.7. Другие сверхпроводящих гидриды
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ
2.1. Теория функционала электронной плотности
2.1.1. Введение
2.1.2. Теория Хоэнберга-Кона
2.1.3. Самосогласованные уравнение Кона-Шэма
2.1.4. Приближение локальной электронной плотности (ЮЛ)
2.1.5. Обобщённое градиентное приближение (ввЛ)
2.2. Теория возмущения функционала электронной плотности
2.2.1. Методика расчёта фононного спектра твёрдого тела
2.3. Методы расчёта сверхпроводящих свойств материалов
2.3.1. Многочастичная теория Мигдала-Элиашберга
2.3.2. Уравнения Элиашберга
2.3.3. Численное решение уравнений Элиашберга
2.3.4. Расчёт других характеристик сверхпроводящего состояния
2.3.5. Формулы Аллена-Дайнса и МакМиллана
2.4. Эволюционный алгоритм предсказания кристаллических структур USPEX
2.4.1. Оператор наследственности
2.4.2. Оператор мутации кристаллической решётки
2.4.3. Оператор мутации мягких мод
2.4.4. Оператор перестановки
2.4.5. Функция «отпечатка пальца» (fingerprint)
2.5. Расчёт твёрдости материалов
2.5.1. Модель Чена
2.5.2. Модель Ляхова-Оганова
2.5.3. Модель Гао
2.5.4. Модель Симунека
2.5.5. Модель Мажника-Оганова
2.5.6. Сравнение моделей твёрдости
2.6. Расчёт трещиностойкости кристаллов
2.6.1. Модель Ниу-Оганова
2.6.2. Модель Мажника-Оганова
2.7. Расчёт упругих постоянных и их температурных зависимостей
2.8. Расчёт фазовых диаграмм
ГЛАВА 3. СВЕРХТВЁРДЫЙ ВЫСШИЙ БОРИД ВОЛЬФРАМА
3.1. Компьютерный поиск стабильных W-B соединений и сравнение с экспериментом
3.1.1. Кристаллическая структура и стабильность предсказанных соединений боридов вольфрама
3.1.2. Механические характеристики предсказанных боридов вольфрама
3.1.3. Температурная стабильность предсказанных соединений
3.1.4. Температурная зависимость механических свойств
3.2. Фазовые переходы в моноборидах вольфрама
3.2.1. Кристаллическая структура
3.2.2. Термодинамическая стабильность
3.2.3. Структурные фазовые переходы
3.3. Экспериментальный синтез сверхтвёрдого высшего борида вольфрама
3.3.1. Синтез образцов
3.3.2. Расшифровка кристаллической структуры и теоретические модели синтезированного материала
3.3.3. Термодинамическая стабильность предложенных структурных моделей
3.3.4. Решёточная модель для описания структуры WB5-X
3.3.5. Исследование температурной стабильности предложенных моделей WB5-X
3.3.6. Измерение механических свойств синтезированных материалов
3.4. Экспериментальные методы
3.5. Детали численного расчёта
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПОИСК НОВЫХ СВЕРХТВЁРДЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
4.1. Предсказание сверхтвёрдых боридов и карбидов хрома
4.1.1. Кристаллическая структура и стабильность соединений Cr-B и Cr-C
4.1.2. Механические свойства карбидов и боридов хрома
4.2. Предсказание стабильных нитридов хрома и исследование их физических свойств
4.2.1. Эволюционный поиск стабильных соединений
4.2.2. Динамическая стабильность и фазовые диаграммы нитридов хрома
4.2.3. Механические свойства нитридов хрома
4.2.4. Выбор параметров расчёта для системы Cr-N
4.3. Предсказание новых сверхтвёрдых боридов молибдена
4.3.1. Стабильность и кристаллическая структура боридов молибдена
4.3.2. Механические свойства
4.3.3. Особенности кристаллической структуры и термодинамической стабильности высших боридов молибдена
4.3.4. Решёточная модель для построения структуры высшего борида молибдена
4.3.5. Стабильность структур с промежуточным составом
4.3.6. Сравнение смоделированных дифрактограмм с экспериментом
4.4. Комплексное исследование структуры и механических свойств новых боридов гафния
4.4.1. Стабильность боридов гафния при 0 K
4.4.2. Высокотемпературная стабильность боридов гафния
4.4.3. Структурные мотивы борной подрешётки в предсказанных соединениях
4.4.4. Механические свойства боридов гафния
4.4.5. Являются ли бориды гафния сверхтвёрдыми?
4.5. Методы расчёта
4.6. Обсуждение и выводы
ГЛАВА 5. СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ ГИДРИДЫ УРАНА И ТОРИЯ: КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПОИСК И СИНТЕЗ
5.1. Компьютерный поиск и последующий синтез гидридов урана под давлением
5.1.1. Стабильность и кристаллическая структура
5.1.2. Результаты экспериментального синтеза гидридов урана
5.1.3. Расчёт электронных и сверхпроводящих свойств
5.2. Теоретическое предсказание сверхпроводящих гидридов тория
5.2.1. Компьютерный поиск и термодинамическая стабильность
5.2.2. Динамическая стабильность и электронные свойства
5.2.3. Сверхпроводящие характеристики гидридов тория
5.2.4. Зависимость от давления
5.3. Экспериментальный синтез высших гидридов тория
5.3.1. Детали эксперимента
5.3.2. Синтез и определение кристаллической структуры тетрагидрида тория
5.3.3. Синтез и кристаллическая структура Р6э/ттс-ТЬН9
5.3.4. Стабильность и физические свойства Р6э/ттс-ТЬН9
5.3.5. Синтез гексагидрида тория
5.3.6. Синтез ТЪНю
5.3.7. Измерение сверхпроводящих свойств ТИН9 и ТЬНю
5.3.8. Уравнения состояния синтезированных полигидридов тория
5.3.9. Обсуждение
5.4. Методы расчёта
5.5. Выводы к главе
ГЛАВА 6. ВЫСШИЕ ГИДРИДЫ ЖЕЛЕЗА, АКТИНИЯ И ЛАНТАНА: КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПОИСК
6.1. Предсказание гидридов железа и исследование их физических свойств
6.1.1. Эволюционный поиск термодинамически стабильных соединений в системе Гв-Н
6.1.2. Электронные свойства
6.2. Сверхпроводящие гидриды актиния
6.2.1. Предсказание кристаллических структур гидридов актиния и их стабильность
6.2.2. Электронные и сверхпроводящие свойства
6.3. Сверхпроводящие гидриды лантана под давлением
6.3.1. Стабильность гидридов лантана
6.3.2. Сверхпроводящие свойства полиморфных модификаций 1аНю
6.3.3. Структура и свойства нового высшего гидрида Р6/ттт-ЬаН1в
6.3.4. Другие сверхпроводящие высшие гидриды лантана
6.4. Методы расчёта
6.5. Выводы к главе
ГЛАВА 7. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ СВОЙСТВ ГИДРИДОВ ПО ПСХЭ
7.1. Период 4. K-Ca-Sc-Ti-V-Cr
7.2. Период 5. Rb-Sr-Y-Zr-Nb-Mo-Tc
7.3. Период 6. Cs-Ba-La-Hf-Ta
7.4. Лантаноиды и актиноиды
7.5. Обсуждение и выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Соединения W-B. Кристаллическая структура
Соединения Mo-B. Кристаллическая структура
Соединения Hf-B. Кристаллическая структура, стабильность, механические свойства
Соединения Fe-H. Кристаллическая структура
Соединения U-H. Кристаллическая структура, стабильность и электронные свойства
Соединения Ac-H. Кристаллическая структура, стабильность и электронные свойства
Соединения La-H. Кристаллическая структура, стабильность, сверхпроводящие свойства
Соединения Th-H. Кристаллическая структура и сверхпроводящие свойства
Соединения Th-H. Дополнительные экспериментальные данные
Распределение сверхпроводящих свойств по ПСХЭ. Дополнительные данные
Библиография