论文答辩-顾问切尔西·哈格尔

高熵合金弹性和热力学性质的从头计算 及其合金成分

琼斯大厅227

摘要

高熵合金(HEAs)是近年来发展起来的一类工程金属 感兴趣. HEAs通常由五种或五种以上的合金成分组成，其原子大小大致相等 比例可以形成单相或双相固溶体，如面心 立方(FCC)、体心立方(BCC)或六方密排(HCP). 他们把 之所以叫高熵，是因为它们表现出不同寻常的高熵混合. 的 科学界对HEAs感兴趣的原因是这些合金可以 展示有前景的材料特性组合. 这些属性可以包括 更好的延展性和强度关系，更轻更强，氧化性更高 耐、耐腐蚀性能优越，抗断裂性能较好 与传统合金相比. 由于这些特性，高等教育机构是候选材料 取代传统合金作为结构工程材料.

然而，在HEAs取代传统合金之前，它们的机械性能包括 必须了解热力学和弹性性质. 在工业应用中， 对难熔合金的热力学和弹性性能的认识 之所以重要，是因为它们的效用取决于这些属性. 耐火材料的应用 合金取决于它们对不同过程(如高温)的耐受性 高氧化. 这意味着在它们的应用中，它们必须具有低热 在高温下膨胀和高强度. 热膨胀与强度 在高温下是其热力学和弹性特性的一部分 一般. 为了了解这些合金在这些条件下会如何反应， 这些性质必须被很好地理解. 本文探讨了热力学和弹性 利用密度泛函理论研究BCC耐火高熵合金的性能 计算与建模. 采用维也纳从头算模拟程序包(VASP)进行热力学分析 以及弹性特性，比如德拜温度，亥姆霍兹自由能，熵， 焓，热容，热膨胀，弹性常数，体积模量，剪切 模量、杨氏模量和泊松比作为温度的函数来计算 并在本文中进行了讨论. 首先，对计算方法进行了比较 已知的纯体系Ag、Ni、Al、Ta、Ti和V的实验值 验证，然后用于BCC耐火HEAs，包括三个季度和三个 五元系统，NbTaTiZr, NbTaTiV, AlMoNbV, HfNbTaTiZr, MoNbTaVW和AlNbTaTiV with 40和60原子单元用于四元体系，50和75原子单元用于四元体系 第五位的系统.

本工作计算了纯金属Al和Nb的熵和焓 与NIST JANAF报告的实验值密切一致. 这已经完成了 验证热力学模型的方法. 弹性性质 作为弹性常数，纯金属的体积、剪切和杨氏模量也接近 符合文献价值. 经过对纯金属的方法验证 然后将建模过程应用于更复杂的系统，如rhea和is 在AlMoNbV上进一步验证. 第一次，有限温度热力学 计算了四元RHEA所有24种原子构型排列的性质. 最多1个.作为函数的结果属性之间存在7%的差异 原子配置，表明SQS的原子配置几乎没有 对计算热力学性质的影响. 热力学性质的行为 从价电子浓度和原子密度的角度讨论了所研究的RHEAs 大小. 在所研究的四元RHEAs中，即AlMoNbV、NbTaTiZr和NbTaTiV 发现Zr的存在有助于更高的熵. 此外，在较低的 温度较高时，Zr的热容量和热膨胀率较高 不含Zr的合金，可能与Zr的价电子浓度有关. 在更高的 温度，铝有助于更高的热容量和热膨胀，可能 由于其延展性. 在五元体系中，Mo, W和/或V的存在导致 土卫五的热膨胀比其他研究过的系统要低. 当比较 有nbti核心的系统，Al的加入增加了热膨胀， 而Zr的去除降低了热膨胀. 焓，熵和热 计算了所有六个RHEA系统的膨胀，并对结果进行了讨论.

计算了AlMoNbV所有24种原子构型的弹性性质 结果表明，弹性常数的标准差可达6.4%, 弹性常数C44最高，C11和C12变化1.85%和2.28% 分别. 当比较1、40、50和64原子的单元尺寸时，弹性常数 最多变化1.2%的差异，显示细胞大小，形状和正交性 是否会显著改变弹性性能的结果. 月，出 所研究的6种RHEAs具有最高的体积、剪切和杨氏模量，以及最低的热 扩展，使其在耐火设置中的使用和实用的承诺. 这可能 这是由于它的价电子浓度高. 讨论了其他结果和趋势 在这篇论文中. 本文为减少计算量提供了新的见解 时间和资源，同时计算系统的属性，以前没有 以前发表过.

关键词:高熵合金，耐火材料，BCC体心立方，密度泛函 理论，弹性性质，热力学性质

博士论文答辩-指导老师:大卫·伯利

第一性原理计算

AlGaN的内在和外在点缺陷

琼斯A 101

摘要

铝镓氮(AlGaN)是一种宽禁带半导体合金 用于生产AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(hemt). 在半导体中, 点缺陷产生的能级既可以发生在带隙中，也可以发生在带附近 并影响hemt的性能. 因此，理解这些缺陷是 对于了解应用中的AlGaN/GaN hemt的性质是必要的. 在这里, 综合密度泛函理论(DFT)对大范围内禀的分析 并对闪锌矿(立方)AlN和AlGaN进行了外源性缺陷处理 局部矩反电荷法. 试图创造一个有效的缺陷 利用AlN和AlGaN的缺陷带隙，就像之前对GaN所做的那样.

关键词:AlGaN，立方，缺陷水平，带电缺陷，LMCC, Jahn-Teller畸变 过渡金属

论文答辩-指导老师:Nikolai Kalugin

传递圆偏振中红外光到液氦温度和 二维材料中产生絮状布洛赫态的强磁场

 琼斯大厅156

摘要

在此之前，将中红外光发射到液氦中是非常具有挑战性的 温度和高于8T的磁场，我们设计了一个系统 提供更大的功率和更高的精度比以前的解决方案，并使用它来检测 连续波系统中的Floquet-Bloch特征. 检测Floquet-Bloch特征 在石墨烯样品中，需要设计一个能够传递的系统 高功率中红外光在线性和圆偏振我们的样品 在18T, 1K的低温恒温器底部的环境中. 采用一系列专有技术 光纤，我们就能把中红外光传送下来 放入低温恒温器，并使用了一个特别设计的校准系统，它将保持 其位置从工作台向下到低温恒温器，以保证激光 光将被传送到样品上. 我们能够演示波段修改 在石墨烯的能带结构中，为进一步的弗洛克-布洛赫实验打开了大门 带修改. 此外，该系统将能够用于许多 以前由于无法交付而无法实现的其他实验 中红外线照射到低温恒温器环境中的样品.

关键字: Floquet-Bloch; Magnetic Field; Graphene; Circular and Linear Polarization; Mid Infrared   

 

论文提案-顾问T. 大卫·伯利 

316L不锈钢在盐酸中的耐腐蚀性

Jones附件104

摘要

容器由退火316L奥氏体不锈钢材料制成 暴露于危险的放射性实验室废物时易受腐蚀. 几种副产物，如盐酸，通常是降解的结果 通过辐射分解储存在容器中的聚氯乙烯废料. 问题是 随后释放的这些副产物凝结在内壁周围 会显著导致316L不锈钢容器的腐蚀 通过减少壁厚，随着时间的推移减少了预期使用寿命.

这项工作的主要目标是确定容器的设计寿命 当暴露在蒸汽中时，由316低碳奥氏体不锈钢材料制成 或浸泡在不同浓度的盐酸和FeCl中₃ 溶液采用不同的测试方法如失重、动电位极化等 以及电化学阻抗谱技术.

关键字:腐蚀，不锈钢，316L，辐射溶解，HCl…