淺談鋯合金電子結構與物性關聯(lián)的第一性原理研究

摘 要：為了進一步推動科技的進步和發(fā)展，建立宏觀特性與微觀電子結構之間的關系，探究鋯基合金電子結構與物性關聯(lián)的第一性原理成為了當前行業(yè)中的重要研究課題。鋯基合金是常用于化學技術領域的一種結構性質材料，在未來的核工業(yè)發(fā)展和化學工業(yè)都有著巨大的作用和意義。基于此，本文將對鋯合金電子結構與物性關聯(lián)的第一性原理研究進行有效分析，和針對性的理論探究。旨在更好的為鋯基合金未來的發(fā)展提供堅實的理論基礎。

關鍵詞：鋯合金電子結構;物性關聯(lián);第一性原理;結構性質關聯(lián)

1.鋯合金電子結構與物性關聯(lián)的意義

鋯及鋯合金以其優(yōu)異的性能成為科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的重要的材料，也特別適合在化工設備以及流程中使用，其作用能夠很好地解決工業(yè)行業(yè)的問題。可利用金屬中的結構性質，進一步研究其中關聯(lián)性。在目前的一些工業(yè)產(chǎn)品來看，極大多數(shù)都是在使用鋯合金電子結構以及相應的工業(yè)級鋯及鋯合金材料，建立其鋯合金電子結構和特性之間的關系，對于開發(fā)新型鋯合金具有重要的理論與現(xiàn)實意義[1]。

2.從贗原子中的特性分析鋯合金電子的結構性

贗原子作為一種特殊的現(xiàn)象，其本質上是一種間隙電子，簡言之則為電子密度局域在原子團簇和晶格間隙中的電子，由于外在有著和原子相似的特征，因此被稱為贗原子，而自身所帶的負電屬性，也成為贗陰離子。常見的具有代表性的贗原子為電子化學物品或是電子鹽等特殊性離子化合物。在經(jīng)歷長時間的研究后發(fā)現(xiàn)，其不僅可以為環(huán)保工程做出有效的貢獻，其自身優(yōu)異的電子性能結構也有著優(yōu)異表現(xiàn)。隨著鋯合金電子材料的進一步開發(fā)，從材料科學結構角度分析，鋯合金的電子結構密度有著一定的優(yōu)異性。純鋯以及鋯合金中存在著贗元素，但在對其進行拓展研究中發(fā)現(xiàn)，鋯以及鋯合金中的結構特性有一定的局限性，需要通過更加科學的方式對其進行分析和研究。因此通過計算材料科學等領域的相關學科原理，進一步對材料的性能進行深入分析。通過第一性原理計算和從頭計算的方法入手，在密度泛理論的依托下分析得出，全電子態(tài)的計算量在收斂速度上十分緩慢，當原子結合成固體時，人們最關心的價電子的結構狀態(tài)則會發(fā)生較大的改變，在化學環(huán)境的外在影響下，內層電子中例子的總能量也不會出現(xiàn)結構性的改變[2]。

3.贗原子的存在規(guī)律和結構性性質關聯(lián)

鋯合金憑借自身優(yōu)良的特性，廣泛應用于我國社會經(jīng)濟領域中的各行各業(yè)中。鋯合金的結構優(yōu)異性離不開基礎電子的基本性能，因此在對微觀電子結構和宏觀性能研究的基礎上，本文從電子尺度方向對鋯合金的特性進行了進一步的分析和把握。在對過往的文獻分析中發(fā)現(xiàn)，對于鋯在其他結構中是否存在贗原子，沒有明確的指出，其內在機理問題也缺乏深度的研究。再進一步的計算和分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)鋯以亞穩(wěn)相的方式存在，其內在化學性能和物理性能都存在著較高的延展性，因此在同材料中有著較大的發(fā)展前景。例如高強度的鋯合金可以應用于較為特殊的外太空環(huán)境中，因為在外太空較為惡劣的自然環(huán)境下，航空器材需要較高的耐低溫、耐侵蝕、承受微塵沖刷以及碎片沖擊等特性。而高強度的鋯合金則有望滿足這樣接近嚴苛的要求。由此可見鋯合金的強韌性特征，有望成為新型的開發(fā)方向。不僅如此，由于鋯合金自身的生物相容性佳，不會與人體骨骼或是人體組織結構產(chǎn)生反應，因此在未來醫(yī)學以及生物醫(yī)用材料領域，也有著較為客觀的發(fā)展性。基于此，在對鋯合金基本性質進行分析和第一性原理研究的過程中，需要對其進行金屬性能的充分了解和掌握，甚至是對其固溶體也進行深度分析和研究，幫助鋯合金在多各發(fā)展領域成為可能[3]。

因此在對贗原子的存在規(guī)律和結構性性質關聯(lián)的計算對比中發(fā)現(xiàn)，在鋯的三個不同相中，含有贗原子的相會隨著鋯四面體畸形程度的不斷增加，結構不斷變形，而六方金屬中的贗原子特性所存在的強弱性與電負性成反比。由此可見，贗原子的出現(xiàn)，是由存在電負性的組成元素和晶體結構共同決定和影響的。

4.鋯合金在其他領域的應用分析

通過上述對鋯合金電子結構與物性關聯(lián)第一性原理的深入分析發(fā)現(xiàn)，除了在化工、航空航天行業(yè)鋯合金有著深入的發(fā)展前景外，其自身特性的多樣性和綜合性，也讓我國經(jīng)濟生產(chǎn)中的其他領域有了更多發(fā)展的可能。其中鋯有著較強的吸氫性，并有著易活化和反應迅速的特點，可以作為電子工業(yè)中的吸氣劑和電容器，并在武器中作為音信和爆燃劑等材料。而在冶金工業(yè)中，由于鋯合金的性能特殊，在鋼制作的過程中，增加千分之一的鋯，則會大大提高其鋼自身的強度和硬度，可以廣泛應用于不銹鋼和耐熱鋼的制造中[4]。

鋯和相關化合物也有著抗氧化、耐高溫以及耐腐蝕等優(yōu)點，常受到諸多行業(yè)的青睞，例如進行將其內燃發(fā)動機零件的制造，絕熱內燃發(fā)動機的制造等。由此可見，鋯合金在其他領域中也有著無限的應用可能。

5.結束語

綜上所述，鋯合金有著十分廣泛的特征和性能，通多對其內在電子結構與贗原子等物性關聯(lián)第一原子的深入計算和分析得出，鋯合金可以在多種領域中發(fā)揮其潛在的價值。由此可見，在未來化學行業(yè)和物理行業(yè)的分析研究中，鋯合金可以作為重點分析和研究的對象，在不斷的探索和發(fā)現(xiàn)中，提升其自身電子結構的優(yōu)異性，為我國不同行業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 寧進良. 鋯合金電子結構與物性關聯(lián)的第一性原理研究[D]. 2015.

[2] 葛奔，馬景陶，艾德生，et al. Sr_2FeNbO_6晶格常數(shù)及電子結構的第一性原理研究：交換關聯(lián)泛函及計算參數(shù)的選擇[C]// 第十八屆全國高技術陶瓷學術年會. 0.

[3] 王保田，鄭晶晶，張世杰. 鈾鋯合金的電子結構和化學鍵的第一性原理研究[J]. 山西大學學報（自然科學版），2014，37（4）：533-538.

[4] 張利民. 高溫超導體YBaCuO電子結構及物性的第一性原理計算研究[D]. 西北工業(yè)大學，2007.

作者簡介：周堯，男，1984.03.07，河南鞏義，本科，研究方向：鋯及鋯合金材料方面和質量無損檢測方面。