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本论文以典型的ZrMn<,2>合金为基础,研究了AB<,2>型Laves相Zr-Mn基贮氢合金的电子结构与成键特性,具体内容为:采用基于密度泛函的第一原理赝势平面波方法,对具有相同结构的AB<,2>型Laves相Zr<,4>Mn<,6>M<,2>(M=Al,Co,Fe,Mn,Ni,V)贮氢合金及其氢化物的电子结构进行了计算,并分析了成键特性。从理论上进一步揭示各种添加元素在AB<,2>型Laves相Zr<,4>Mn<,6>M<,2>合金中的相互作用和对电化学性能的影响。论文的主要研究结果如下:
对ZrMn<,2>贮氢合金及其氢化物的电子结构第一原理研究结果表明:在ZrMn<,2>合金中,Mn(2)原子之间的相互作用强于Mn原子与Zr原子之间的相互作用,Mn(2)-Mn(2)原子间存在明显的共价作用,但在吸氢后,Mn(2)-Mn(2)相互作用明显减弱。H与Zr之间在c轴方向的键合力较弱,当H进入吸氢四面体后所引起的晶格膨胀使Zr原子易于向外移动,使得c轴的膨胀大于a轴的膨胀。
对Zr<,4>Mn<,6>M<,2>(M=Al,Co,Fe,Mn,V)及其氢化物的电子结构第一原理计算结果表明:在合金Zr<,4>Mn<,6>M<,2>=Al,Co,Fe,Mn,v)中,M-Mn(2)间的相互作用强于M-Zr间的相互作用。M-Zr相互作用强弱随元素变化的顺序为:Co>Fe>Mn>V,使得替代后Zr<,4>M<,6>M<,2>的晶胞参数a,c值大小顺序为:CoMn<,6>M<,2>H<,12>中Mn(2)-H间相互作用强度随替代元素变化的顺序为:Co>Fe>Mn>V,因而掺杂合金氢化物中Mn(2)原子的口,b轴坐标值随元素变化顺序为:CoMn>Fe>Co,相互作用越强合金越稳定,是掺杂合金中分解压的大小顺序为:V贮氢合金和其氢化物的电子结构计算结果表明:Zr4Mn6M2(M=Mn(2),Ni)晶体中,M-Mn(2)相互作用较强,其氢化物中H-M相互作用较强。Zr<,4>Mn<,6>Ni<,2>H<,12>中H-Ni键强于ZrMn<,2>H<,3>中的H-Mn(2)键,使Zr<,4.Mn<,6.Ni<, 2>晶体更易吸氢其平衡氢压减小。而H和Zr之间在c轴方向的键合力,与加Ni前相比明显减弱,使得吸氢后Zr原子的c坐标值与吸氢前相比显著增大。加Ni后合金中Mn(2)-M和M-Zr间沿a,c轴方向的相互作用增强,因而合金Zn<,4>Mn<,6>Ni<,2>的结构参数α,c的值比ZrMn<,2>的小。