高压下甲烷的第一性原理研究

【摘要】： 甲烷是简单的碳氢化合物,也是简单的分子晶体。像其它分子晶体一样,甲烷的结构相图非常丰富。到目前为止,甲烷的多个高压相的结构还没有完全确定下来。1996年,Bini等人利用高压下红外光谱的研究,给出了甲烷的比较完整的相图,并且发现一个新的高压相HP相。这一相的转变是在50 K,8 GPa和300 K, 25 GPa的范围内发生的。最近,Hirai等人利用X射线衍射法和拉曼光谱,发现在室温下35 GPa以上到86 GPa压力范围内存在两个新相HP1、HP2,这两个新相和HP相一样具有立方对称性。 本文利用经典模拟退火和基于密度泛涵理论的赝势平面波方法研究了高压下甲烷的结构及性质。通过计算,发现了一个新的高压结构,该结构具有单斜的对称性,其空间群是P21/b,单胞中含有四个分子,该结构在退火得到的一系列结构中能量最低,且满足玻恩稳定条件。声子谱及态密度的计算表明,该结构在10-90 GPa压力范围内是稳定的。对该结构的能带图及态密度图的研究表明,该结构直到90 GPa时,仍是绝缘体,带隙约为6eV。 【关键词】：第一性原理 高压 甲烷 结构 稳定性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O521.2
【目录】：

• 内容提要4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 高压物理学7-8
• 1.2 甲烷结构及金属性的研究现状8-12
• 1.3 本研究的目的和意义12-14
• 第二章 理论基础14-43
• 2.1 密度泛涵理论14-26
• 2.1.1 绝热近似14-17
• 2.1.2 哈特利-福克(Hartree-Fock)近似17-19
• 2.1.3 Hohenber-Kohn 定理19-21
• 2.1.4 Kohn-sham 方程21-23
• 2.1.5 Born-von Karman 边界条件23
• 2.1.6 局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)23-25
• 2.1.7 布洛赫(Bloch)定理25-26
• 2.2 赝势平面波电子结构计算26-30
• 2.3 结构优化30-33
• 2.4 三维晶格振动的声子解和声子谱的稳定性[34]33-34
• 2.5 弹性与稳定性34-43
• 2.5.1 经典弹性理论[35]34-37
• 2.5.2 微观弹性理论[36]37-41
• 2.5.3 力学稳定性41-43
• 第三章 第一性原理计算方法43-54
• 3.1 自洽求解单电子方程和总能量流程43-44
• 3.2 k 空间取样规则44-46
• 3.3 截断动能和有限基修正46-48
• 3.4 快速傅立叶变换（FFT）48
• 3.5 压强的计算——维里定理48-50
• 3.6 CASTEP 软件模拟方法50-52
• 3.7 声子谱的计算方法52-54
• 第四章 固态甲烷的理论研究54-64
• 4.1 模拟退火计算[41]54-57
• 4.2 第一性原理计算57-64
• 4.2.1 计算细节57-58
• 4.2.2 热力学稳定性58-59
• 4.2.3 动力学稳定性59-60
• 4.2.4 弹性稳定性60-62
• 4.2.5 能带计算62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 学术成果70-71
• 致谢71-73
• 中文摘要73-76
• Abstract76-79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

侧向荷载下剪力墙问题的解析解    陈林之;李章政;

正交异性板法分析现浇混凝土空心楼盖    管品武;唐国斌;王利平;孟会英;禹雷;

简谐晶体高温比热的量子修正    吴明在;孙兆奇;刘艳美;马永青;戴鹏;

用简并微扰法分析金属晶体中散射波较强情况    孟影;张晓森;汪月琴;

一种新的代数对角化法的应用    李冬鹏,娄平

应力集中圆孔附近的形变场    刘述伦;薛江红;

量子点中电─声子系统的能量与温度关系探讨    徐玉梅,方林瑞

热力学第三定律的一种新的论证方法    李嘉亮,陈益妹

变分蒙特卡罗方法及其对t-J模型的处理    吴建宝;

用近自由电子近似法计算硅的能带    丁长庚

关于弹性力学课程体系和内容的几点思考    王光钦;

界带分析    钟万勰;姚征;张洪武;

组合激光辐照CdS实验与耦合系数测量    张磊;陆启生;李莉;

弹性梁弯曲时平面假设的验证    武瑛;王建军;

基于能量统一格式的多尺度有限元计算方法    黄均平;

CeO_2掺杂对BaTiO_3基陶瓷介电性能及微观形貌的影响    张晨;曲远方;单丹;

热处理温度对硫化物颜料红外发射率的影响    任菁;徐国跃;顾冰芳;程传伟;罗艳;

钽掺杂金红石TiO_2电子结构的第一性原理研究    宋桥台;杨苹;王锦标;鲁雄;黄楠;

体心四方二氧化钛的电子结构和光学性质计算    苏锐;陈家胜;郭英杰;何捷;

基于石墨导热介质的新型LED室内灯具散热系统    杨振忠;马忠良;

原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究    魏洪源

多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究    姜恒

掺杂型ZnS纳米粒子的制备及表面修饰对其发光性质的影响    曲华

电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究    燕保荣

TiO_2基光催化剂的制备、结构及光催化降解VOCs性能与机理研究    孙松

新型光激放电测量装置研制及典型聚合物PSD谱    何丽娟

金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究    于晓慧

基于热力耦合的界面摩擦机理的研究    王亚珍

低维碳纳米材料和冰纳米管的结构与物性的数值模拟研究    常旭

横向振动在周期复合结构板中传播问题的研究    姚宗健

超导材料性质和半导体表面重构及表面合金性质    李冲

基于拉曼光谱下的A_2（MoO_4）_3材料热膨胀性研究    王志鹏

偏置荷载下FRP筋砼双向板冲切性能研究    张亚坤

轻金属LiAlH_4，LiBH_4储放氢第一性原理研究    崔向前

La_2Mo_3O_（12）薄膜的制备和光学性能的研究    姜雅丽

复合结构柔性反底拱应用于软岩峒室稳定性控制研究    张美政

基于湿模态法的舷侧外伸结构砰击响应    刘振虎

第一原理研究六方氮化硼不同结构的稳定性    肖柳

稀土镁合金β'和β"以及6HLPS相的第一性原理研究    陈平

有限宽介观环中持续电流的量子尺寸与梯度无序效应    马明明

高温及高压下液体镓的结构——第一性原理分子动力学方法研究    龚新高

固体能带计算方法    闫万珺;谢泉;朱林山;金石声;

利用紫外光电子谱和第一性原理确定四苯基卟啉的结构与电子态    毛宏颖;胡昉;吴太权;鲍世宁;

SrBi_2Ta_2O_9铁电相光学特性的第一性原理研究    程正则;蒋逢春;

Na_xCoO_2热电性质的第一性原理研究(英文)    王舒东;赵国军;K.Akai;M.Matsuura;

应力对Co掺杂ZnO光学性质的影响    吴玉喜;李腾;胡智向;

金属Pt三个低指数晶面的表面能和弛豫第一性原理研究    张敏妍;张建民;

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究    陈国栋;王六定;安博;杨敏;

非晶碳薄膜振动拉曼光谱的第一性原理研究    牛丽;朱嘉琦;高巍;杜善义;

第一性原理研究PDP放电单元MgO保护层各种空缺对二次电子发射系数的影响    李巧芬;屠彦;于金;

Cr掺杂的LiFePO_4正极材料:第一性原理研究和蒙特卡罗模拟    欧阳楚英;施思齐;王兆翔;李泓;黄学杰;陈立泉;

铁酸铋光学特性的第一性原理研究    潘红亮;王月花;

GaN(0001)表面吸附O_2的第一性原理研究    胡春丽;章永凡;李俊篯;

PVDF单链拉伸的第一性原理模拟    曾凡林;孙毅;

加载条件下复杂结构材料的动力学行为的第一性原理研究    陈军;

第一性原理研究Bi掺杂六方相SrMnO_3的结构、电子和磁性质    王学业;罗本华;

轻元素超硬材料的第一性原理计算研究    孙弘;张翼;潘梓城;

稀土金属掺杂ZnO磁学和光学性质的第一性原理研究    杨磊;方源达;宋丹丹;刘临利;郑全超;

氧分子在VC(001)面解离过程的第一性原理研究    章永凡;邢伯蕾;秦改萍;李俊篯;

表面水吸附对p型ZnO电学性质影响的第一性原理研究    盖艳琴;姚斌;范希武;

市自然科学技术成果奖揭晓    崔凤山　记者 姜雪松

普通材料可“拉伸”成新型磁性铁电体    陈丹

我科学家提出元素碳的一种新结构    记者 李大庆　通讯员 贾宝余

简单金属元素及其金属间化合物高压物理性质的第一性原理研究    谢禹

若干表面体系反应及动力学行为的第一性原理研究    付强

过渡金属氮化物和硼化物的第一性原理研究    陈伟

金属Nb及其空位与H的相互作用的第一性原理研究    饶建平

铁砷基超导体及稀磁半导体Sn_(1-x)Zn_xO_2的第一性原理研究    张云丽

几种钙钛矿氧化物异质界面电子结构与磁性质的第一性原理研究    许勤芳

第一性原理研究CdS和ZnS中的d~0铁磁性    唐建平

不同维度新结构材料的第一性原理研究    吴旻

温稠密乙烷等流体物性的第一性原理分子动力学研究    张玉娟

若干新材料相稳定性及力学性能的第一性原理研究    姚强

高压下AlH_3相变的第一性原理研究    吴晓

8-羟基喹啉铝及其衍生物的第一性原理研究    刘小村

典型半导体材料的第一性原理研究    何开华

ZnO电子结构与基本属性的第一性原理研究    李河

双钙钛结构材料Ba_2FeReO_6的第一性原理研究    刘长明

N型ZnO高温电极制备及NaCo_2O_4第一性原理分析    周德志

Cu掺杂GaN基稀磁半导体的第一性原理研究    杨琴

金属氟化物相变机制的第一性原理研究以及高压结构预测    刘鑫

Ni_n（n=1～13）团簇的第一性原理研究    张海东

硼掺杂对β-SiC光学性质的影响    冯桂英