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无机材料学报 2021年第10期36卷 1067-1073,I0007页

作者：冯明星王斌徐鹏宇涂兵田王皓武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

尖晶石型陶瓷具有优异的热机械性能,在高温结构材料领域具有良好的应用前景。本研究将键价模型与高温机械性能理论表征模型相结合,建立了从变温晶体结构出发预测尖晶石型陶瓷高温热机械性能的方法,阐明了晶体结构与高温热机械性能之间... 详细信息

尖晶石型陶瓷具有优异的热机械性能,在高温结构材料领域具有良好的应用前景。本研究将键价模型与高温机械性能理论表征模型相结合,建立了从变温晶体结构出发预测尖晶石型陶瓷高温热机械性能的方法,阐明了晶体结构与高温热机械性能之间的关系。采用该方法预测了MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的高温断裂强度和断裂韧性,其预测结果与实验值吻合。研究表明,MgAl_(2)O_(4)中阳离子反位率、化学键硬度和体模量随温度的变化在800℃上下存在显著差异,然而由于配位多面体的耦合作用,阳离子反位的温度效应不会显著影响MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的高温热机械性能。

关键词：尖晶石型陶瓷 MgAl_(2)O_(4) 透明陶瓷键价模型热机械性能理论表征模型

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基于键价模型的MgAl;O;透明陶瓷热机械性能预测

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无机材料学报 2021年

作者：冯明星王斌徐鹏宇涂兵田王皓武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室

尖晶石型陶瓷具有优异的热机械性能，在高温结构材料领域具有良好的应用前景。本研究将键价模型与高温机械性能理论表征模型相结合，建立了从变温晶体结构出发预测尖晶石型陶瓷高温热机械性能的方法，阐明了晶体结构与高温热机械性能之... 详细信息

尖晶石型陶瓷具有优异的热机械性能，在高温结构材料领域具有良好的应用前景。本研究将键价模型与高温机械性能理论表征模型相结合，建立了从变温晶体结构出发预测尖晶石型陶瓷高温热机械性能的方法，阐明了晶体结构与高温热机械性能之间的关系。采用该方法预测了MgAl;O;透明陶瓷的高温断裂强度和断裂韧性，其预测结果与实验值吻合良好。研究表明，MgAl;O;中阳离子反位率、化学键硬度和体模量随温度的变化在800 ℃前后存在显著差异，然而由于配位多面体的耦合作用，阳离子反位的温度效应不会显著影响MgAl;O;透明陶瓷的高温热机械性能。

关键词：尖晶石型陶瓷 MgAl O 透明陶瓷键价模型热机械性能理论表征模型

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第一性原理计算与键价模型研究富铝尖晶石组成、结构与机械性能的关系

第一性原理计算与键价模型研究富铝尖晶石组成、结构与机械性能的...

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第一届人工晶体材料青年学术会议

作者：任璐王皓涂兵田王为民傅正义武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉 430070

MgO(nAl2O3作为透明结构陶瓷，研究其组成、结构与机械性能的关系具有重要意义。然而，尖晶石组成与结构的复杂性给这项研究带来挑战。本研究提出一种高效的方法，即结合第一性原理计算与键价模型，来研究组成和结构对MgO(nAl2O3固溶体... 详细信息

MgO(nAl2O3作为透明结构陶瓷，研究其组成、结构与机械性能的关系具有重要意义。然而，尖晶石组成与结构的复杂性给这项研究带来挑战。本研究提出一种高效的方法，即结合第一性原理计算与键价模型，来研究组成和结构对MgO(nAl2O3固溶体机械性能的影响。

关键词：第一性原理计算键价模型富铝尖晶石机械性能

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镁铝尖晶石透明陶瓷高温热机械性能预测研究

镁铝尖晶石透明陶瓷高温热机械性能预测研究

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作者：冯明星武汉理工大学

学位级别：硕士

随着现代科学技术的发展,陶瓷材料在高温领域的应用越来越广泛。镁铝尖晶石透明陶瓷具有良好的物理和化学性能,在高温领域极具应用前景。在高温领域应用时,镁铝尖晶石透明陶瓷会遭受高温、氧化和热冲击等特殊使役环境的考验,研究其在高... 详细信息

随着现代科学技术的发展,陶瓷材料在高温领域的应用越来越广泛。镁铝尖晶石透明陶瓷具有良好的物理和化学性能,在高温领域极具应用前景。在高温领域应用时,镁铝尖晶石透明陶瓷会遭受高温、氧化和热冲击等特殊使役环境的考验,研究其在高温环境下的热机械性能具有十分重要的理论意义及工程应用价值。目前,在温度相关性建模思想基础上,建立的一系列高温机械性能理论表征模型是理论预测材料高温性能的有效方法,已广泛应用于高温陶瓷材料的研究。然而,该系列理论预测模型存在两个亟需解决的关键问题:i)模型中材料热物性参数的获取;ii)针对复杂组成和结构材料研究的滞后。基于键价理论发展的键价模型具有简单、准确和普适性等优点,可预测复杂晶体的本征性质参数。镁铝尖晶石晶体存在复杂组成和结构。因此本研究以镁铝尖晶石透明陶瓷为研究对象,将键价模型与高温机械性能理论表征模型结合,建立了从变温晶体结构出发预测立方尖晶石型透明陶瓷高温热机械性能的新方法,揭示了镁铝尖晶石晶体组成-结构-高温性能之间的内在关系。针对熔点已知的Mg Al2O4晶体,本论文首先采用键价模型,由Mg Al2O4的变温晶体结构计算晶体的高温本征性质;进一步计算高温弹性模量和热容,并将其输入到高温机械性能理论表征模型中,预测Mg Al2O4透明陶瓷的高温断裂强度和断裂韧性。结果表明:由于额外的阳离子反位效应作用,Mg Al2O4晶体中四面体和八面体组元性质随温度变化的规律在800℃前后显著不同。然而,由于四面体和八面体的耦合作用,额外的阳离子反位效应不会明显影响硬度、体模量和热膨胀系数等晶体本征性质随温度变化的趋势。在800℃以下,Mg Al2O4透明陶瓷的断裂行为主要受到本征因素的影响,表现为线弹性变化规律。在800℃以上,Mg Al2O4透明陶瓷的断裂行为受到非本征因素的显著作用,导致其产生了反常断裂行为。高温断裂强度和断裂韧性的预测值与实验值吻合良好,证明了本论文所发展的立方尖晶石型透明陶瓷高温热机械性能预测方法的合理性和适用性。针对熔点未知的非化学计量镁铝尖晶石晶体,本论文首先筛选出熔点和晶体结构数据均已知的23种立方尖晶石型晶体,然后采用键价模型由其结构数据计算出晶体本征性质;最后基于Lindemann熔点规则将MV2/3（48）2量与晶体熔点Tm进行关联,建立了立方尖晶石型晶体熔点的预测模型。研究表明,熔点Tm与MV2/3（48）2量呈现显著的线性关系,验证了所发展的熔点预测模型的合理性和适用性;晶体熔点随阴离子半径增大而显著减小,随八面体化学键平均键力常数的增大而增大;且相比于四面体化学键,八面体化学键性质对晶体熔点的影响程度更大。非化学计量镁铝尖晶石透明陶瓷的热机械性能鲜有研究。本论文首先通过原位XRD测定并解析得到室温至1000℃范围内Mg O·1.19Al2O3的变温晶体结构;然后利用本论文发展的立方尖晶石型透明陶瓷高温热机械性能的预测新方法计算了Mg O·1.19Al2O3透明陶瓷的高温断裂强度。结果表明,Mg O·1.19Al2O3晶体在600℃以上将产生额外的阳离子反位效应,此效应对四面体和八面体组元的本征性质产生明显影响,但在配位多面体的耦合作用下,不会显著影响Mg O·1.19Al2O3晶体的高温本征性质。在1000℃以下,Mg O·1.19Al2O3透明陶瓷断裂强度的预测值随温度升高而减小。

关键词：立方尖晶石型晶体镁铝尖晶石透明陶瓷键价模型高温机械性能理论表征模型热机械性能

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键价模型在d0过渡金属氧化物八面体的畸变研究

键价模型在d0过渡金属氧化物八面体的畸变研究

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中国化学会第29届学术年会

作者：张焕李纲张静陈延明沈阳工业大学石油化工学院

本文从键价模型的实际应用的角度出发,系统地研究了d0过渡金属氧化物八面体的畸变规律。对于来源于409个已知晶体结构中的740个d0过渡金属氧化物八面体,应用两种基于键价模型的衡量配位多面体的畸变因子,定量的计算了8种d0过渡金属氧化... 详细信息

本文从键价模型的实际应用的角度出发,系统地研究了d0过渡金属氧化物八面体的畸变规律。对于来源于409个已知晶体结构中的740个d0过渡金属氧化物八面体,应用两种基于键价模型的衡量配位多面体的畸变因子,定量的计算了8种d0过渡金属氧化物的八面体配位的畸变能力,得出d0过渡金属阳离子的平均畸变能力的趋势为:Mo6+>V5+>>W6+>Nb5+>Ti4+>>Ta5+>Hf4+>Zr4+,即分为三类,较强的为Mo6+和V5+,中等强度的为W6+,Nb5+和Ti4+,较弱的为Ta5+,Hf4+和Zr4+;发现d0过渡金属阳离子的八面体配位畸变能力越强,它的平均键长与单个键长的平均标准偏差的线性关系越强,有利的证明了发展的畸变定理。

关键词：键价模型八面体畸变无机材料材料设计

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氧氮化铝(γ-alon)透明陶瓷的组成、结构与机械性能的关系

氧氮化铝(γ-alon)透明陶瓷的组成、结构与机械性能的关系

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第一届人工晶体材料青年学术会议

作者：郑凯平王皓涂兵田王为民傅正义武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉 430070

氧氮化铝(γ-alon)作为一种重要的透明结构陶瓷材料，由于其具有高强度和高硬度，在紫外、可见光、中红外的窗口和头罩中具有重要应用.在AlN-Al2O3体系中，尖晶石相的γ-alon是落在富Al2O3区域的固溶体，实验上认为它们的固溶区间在-16-... 详细信息

氧氮化铝(γ-alon)作为一种重要的透明结构陶瓷材料，由于其具有高强度和高硬度，在紫外、可见光、中红外的窗口和头罩中具有重要应用.在AlN-Al2O3体系中，尖晶石相的γ-alon是落在富Al2O3区域的固溶体，实验上认为它们的固溶区间在-16-35 mol%AlN.

关键词：结构参数键价模型 AlON 机械性能

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中心质子化对Keggin型ɑ-[H_xW_(12)O_(40)]^(8-x)-(x=1～4)结构性能影响的DFT研究:笼内约束氢键的电子结构(I)

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科学通报 2014年第10期59卷 895-904,1-5页

作者：王金月罗华锋吴同王健王藩侯胡常伟熊燕四川省高校计算物理重点实验室应用化学研究所宜宾学院宜宾644007 绿色化学与技术教育部重点实验室四川大学化学学院成都610064 重庆大学化学化工学院重庆400044

在前期理论研究的基础上,进一步采用密度泛函理论(DFT)中的O3LYP方法,研究了具有不同数目的中心质子对?-[HxW12O40](8?x)?(x=1~4)的几何结构和电子结构的影响.在LanL2DZ基组水平下,优化得到了各物种的稳定构型,并对优化好的构型作了NBO... 详细信息

在前期理论研究的基础上,进一步采用密度泛函理论(DFT)中的O3LYP方法,研究了具有不同数目的中心质子对?-[HxW12O40](8?x)?(x=1~4)的几何结构和电子结构的影响.在LanL2DZ基组水平下,优化得到了各物种的稳定构型,并对优化好的构型作了NBO计算分析.研究发现,Keggin金属氧笼内质子的进入,对标题化合物的中心结构产生了较大影响,这些中心质子不仅被Keggin的金属氧笼"包合",而且与Keggin的4个中心氧之间构成了不同类型的四面体结构,同时还形成了强弱和取向不同的"笼内氢键",这些氢键受到Keggin金属氧笼(直径约7?)的"束缚"而成为"笼内约束氢键".基于键价(BV)模型,对这些特殊的分子内氢键进行了系统分析,首次提出了?-[HxW12O40](8?x)?的中心质子数具有"饱和性",并推测了标题化合物金属氧笼内质子的饱和度为6.这就从理论上科学回答了该类化合物金属氧笼中心到底能够容纳多少质子的困惑问题.

关键词： α-Keggin型偏钨酸中心质子化笼内氢键质子饱和性键价模型密度泛函理论

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钙钛矿过渡金属氧化物电、磁性质的理论研究

钙钛矿过渡金属氧化物电、磁性质的理论研究

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作者：项红萍中国科学院长春应用化学研究所

学位级别：博士

钙钛矿过渡金属氧化物已有大量实验和理论研究。本论文采用一般梯度近似(GGA)和GGA+U(U表示原位的库仑相互作用)下的第一性原理密度函数方法研究了双层，四层和含氧空位的钙钛矿过渡金属氧化物的晶体结构、电子结构以及电、磁性质。\n ... 详细信息

钙钛矿过渡金属氧化物已有大量实验和理论研究。本论文采用一般梯度近似(GGA)和GGA+U(U表示原位的库仑相互作用)下的第一性原理密度函数方法研究了双层，四层和含氧空位的钙钛矿过渡金属氧化物的晶体结构、电子结构以及电、磁性质。\n 从对双层钙钛矿Sr2FeMoO6和S2CoMoO6的研究，笔者发现Sr2FeMoO6的四方相比立方相稳定，而且两种结构下它都显半金属特性；对于Sr2CoMoO6，原位的库仑相互作用决定了它的半导体性质。此外，我们还研究了实验上备受争议的Ba2YIrO6和Ba2LaIrO6在立方Fm-3m，菱形R-3和单斜P21/n三种结构下的相对稳定性。结果表明第一性原理与半经验的键价模型得到的结论相同，即Ba2YIrO6和Ba2LaIrO6的最稳定结构分别是单斜P21/n和菱形R-3。\n 不同Mn-O-Mn角度下YBaMn2O5的电子结构和磁结构的计算结果表明，当Mn-O-Mn角度处于实验所测的157.8°时，G-型反铁磁结构比A-型稳定，与实验结果相符。随着角度的增加，大约在170°出现了磁结构转变。当角度大于170°时，A型反铁磁结构比G型稳定，即YBaMn2O5从G型过渡到A型。此外，本文还研究了YBaMn2O5在不同磁结构以及不同角度下的导电性。\n 通过对四层钙钛矿化合物CaCu3M4O12(M是3d过渡金属离子：Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co)的能带结构计算研究了M离子的电子构型对其磁结构和导电性的影响。结果表明随着M电子数的增加，该系列化合物磁结构为：在CaCu3Ti4O12(Ti4+：d0)中Cu-Cu为反铁磁性耦合，即该物质为反铁磁体；在CaCu3M4O12(M=v4+：d1，cr4+：d2，Mn4+：d3，Fe4+：d4；dn，0＜n＜5)中，Cu-M是反铁磁耦合，而Cu-Cu和M-M是铁磁性耦合，这些化合物是亚铁磁体；对于CaCu3Co4O12(Co4+：d5)，Cu-Cu，Cu-Co和Co-Co都为铁磁性耦合较稳定。同时电学性质也随着M离子电子数的增加而变化，它从绝缘性的CaCu3Ti4O12(Ti4+：t2g0)，转变为半金属性的CaCu3V4O12(V4+：tzg1)和CaCu3Cr4O12(Cr4+：t2g2)，再过渡为半导体性的CaCu3Mn4O12(Mn4+：t2g3)，其后过渡为半金属性的CaCuaFe4O12(Fe4+：t2g3eg1)以及金属性的CaCu3Co4O12(Co4+：t2g5)。\n 通过对CaCu3CrESb2O12的研究以及它与CaCu3Cr4O12的类比，笔者发现由于在八面体位置有序地掺入了非磁性离子Sb+，Cr-Cr铁磁性相互作用大大减弱，这在很大程度上使Cr3+的3d电子定域。从而导致CaCu3Cr2Sb2O12显半导体特性，不同于CaCu3Cr4O12的半金属性质。\n 对这一系列化合物的计算结果的分析讨论使我们了解到M元素的电子构型(原子序数)以及非磁性离子Sb5+和它与M在八面体位置的有序性对化合物电学和磁学性质的影响，从中得到了一些规律性因素。基于这一点，本文成功地预测了CaCu3Fe4O12，CaCu3Co4O12和CaCu3Fe2Sb2O12的反应路径和合成条件，稳定性以及电、磁性质。\n 计算了CaCu3Ru4O12(Ru4+：4d4)基态的电子结构。总能量和能带结构显示该化合物是顺磁性金属，与实验结果相一致。在CaCu3Ru4O12中，除了接近费米能级Ru-O dpπ相互作用导致Ru-O-Ru网络导电以外，还存在Ru4d电子与定域的Cu3d电子通过O2p轨道形成的杂化相互作用，该作用促使定域的Cu3d电子通过与Ru4d电子耦合也参与导电。因而CaCu3Ru4O12具有比CaRuO3更强的导电性，在CaRuO3中仅有Ru-O-Ru网络参与了导电。

关键词：钙钛矿结构过渡金属氧化物密度泛函理论电子结构电磁性质键价模型

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晶体的结构—化学键关系研究

晶体的结构—化学键关系研究

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作者：张焕大连理工大学

学位级别：硕士

以化学键概念为基础建立的键价模型将晶体中的键价与键长有机地联系起来，从而提供了一种揭示晶体结构与电子结构相互关系的方法，具有简洁性、可靠性和实用性的特点。对于晶体中的键长、离子的配位、键价的分布及格位的畸变等的预测和... 详细信息

以化学键概念为基础建立的键价模型将晶体中的键价与键长有机地联系起来，从而提供了一种揭示晶体结构与电子结构相互关系的方法，具有简洁性、可靠性和实用性的特点。对于晶体中的键长、离子的配位、键价的分布及格位的畸变等的预测和解释方面有其独特之处，已经成为各国科学家所关注的热点，值得研究和发展。本文从化学键理论与模型的发展历史及其实际应用的角度出发，系统地研究了镧系金属有机配合物的化学键特征，ABO3钙钛矿型化合物的结构稳定性和形成性规律以及d0过渡金属氧化物八面体的畸变规律。研究结果表明：通过建立的20个键价参数间的线性方程，提出了一种确定金属有机配合物键价参数的方法；估算了新的Ln-N键价参数，并得到了不同配位数的Ln-N键的键长数据；通过对指定金属有机配合物的键价和分析，验证了新键价参数的可靠性，并且指出随着镧系收缩现象，Ln-N键的成键能力逐渐增强。基于已知的377个ABO3型化合物(包括A1+B5+O3、A2+B4+O3、A3+B3+O3形式)的晶体结构，提出了ABO3钙钛矿型化合物的结构稳定性的必要条件，即基于键价计算的容限因子在0.822到1.139之间；分别以键价模型计算的A-O键和B-O键的理想键长为横纵坐标，绘制了预测ABO3钙钛矿型化合物的形成性结构图，明显的表征了各形式的钙钛矿化合物的形成区域。对于409个已知的晶体结构中的740个d0过渡金属氧化物八面体，应用两种基于键价模型的衡量配位多面体的畸变因子，定量计算了8种d0过渡金属氧化物八面体配位中心的畸变能力，得出d0过渡金属阳离子的平均畸变能力的趋势为：Mo6+＞V5+＞＞W6+＞Nb5+＞Ti4+＞＞Ta5+＞Hf4+＞Zr4+，即分为三类，较强的为Mo6+和V5+，中等强度的为W6+，Nb5+和Ti4+，较弱的为Ta5+，Hf4+和Zr4+；得出了d0过渡金属阳离子的八面体配位的畸变能力随该阳离子电负性的增强而增强，且它们的平均键长与单个键长的平均标准偏差之间存在的线性相关性，有利的证明了发展的畸变定理。

关键词：键价模型金属有机配合物钙钛矿八面体畸变

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ADP晶体的化学键和微观生长规律

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人工晶体学报 2005年第5期34卷 823-827页

作者：许东利薛冬峰大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室大连116012

本文分析了磷酸二氢铵(ADP)晶体中各种可能晶面的结构,并引入键价理论计算了各个可能晶面的相对切向生长速度,以此为基础,推导出了ADP晶体的理想晶型。结合实际晶面结构及其与乙醇分子的相互作用,在不同比率的水—乙醇混和溶液中考察了... 详细信息

本文分析了磷酸二氢铵(ADP)晶体中各种可能晶面的结构,并引入键价理论计算了各个可能晶面的相对切向生长速度,以此为基础,推导出了ADP晶体的理想晶型。结合实际晶面结构及其与乙醇分子的相互作用,在不同比率的水—乙醇混和溶液中考察了ADP晶体的微观形貌变化规律。

关键词：氢键键价模型混和溶液生长习性

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