基于第一性原理计算的结构搜索方法预测的新型氢化锆
材料科学
2017-05-08 v2
摘要
沉淀氢化锆 (Zr) 的形成与压水堆 (PWR) 包壳材料的氢脆问题密切相关。本文结合盆跳跃算法与第一性原理计算，系统研究了不同氢浓度（x = 0~2，原子比）下氢化锆 (ZrHx) 的晶体结构。我们得出结论，P3m1 {\zeta}-ZrH0.5 在动力学上是不稳定的，而在结构搜索中发现了一种新型动力学稳定的 P3m1 ZrH0.5 结构。此外，重新考察了双稳态 P42/nnm ZrH1.5 结构和 I4/mmm ZrH2 结构的稳定性。我们发现 P42/nnm (c/a > 1) ZrH1.5 在动力学上不稳定，而 I4/mmm (c/a = 1.57) ZrH2 在动力学上稳定。P42/nnm (c/a < 1) ZrH1.5 可能是 {\gamma}->{\delta}->{\epsilon} 相变的关键中间相。此外，通过热力学模拟，我们发现 {\delta}-ZrH1.5 在高温下是最稳定的结构，而 ZrH2 在低温下是最稳定的氢化物。缓慢冷却过程将促进 {\delta}-ZrH1.5 的形成，而快速冷却过程将促进 {\gamma}-ZrH 的形成。这些结果可能有助于理解氢化锆的相变。
引用
@article{arxiv.1703.01154,
title = {New zirconium hydrides predicted by structure search method based on first principles calculations},
author = {Xueyan Zhu and De-Ye Lin and Jun Fang and Xing-Yu Gao and Ya-Fan Zhao and Hai-Feng Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.01154},
year = {2017}
}