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一种提高储氢高熵合金中氢的扩散速率的方法 

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申请/专利权人:电子科技大学

摘要:本发明公开了一种提高储氢高熵合金中氢的扩散速率的方法,其特征在于,包括以下步骤:1使用随机化方法建立高熵合金TiZrHfMoNb及其氢化物的模型;2使用元素对TiZrHfMoNb掺杂,得到具有不同晶格畸变的体系;3使用从头算分子动力学的方法模拟氢在高熵合金中的扩散;4处理从头算分子动力学模拟的结果,得到氢的均方根位移和扩散系数。本发明结合第一性原理计算和从头算分子动力学模拟,发现通过增大高熵合金的晶格畸变可以提高氢的扩散速率,这为设计新型储氢材料提供了新的思路。本发明提供的方法,操作简单,效果显著,克服了通过实验手段无法观察氢在合金晶格中扩散的局限性。

主权项:1.一种提高储氢高熵合金中氢的扩散速率的方法,其特征在于,包括以下步骤:1使用随机化方法建立高熵合金TiZrHfMoNb及其氢化物的模型;2使用元素对TiZrHfMoNb掺杂,得到具有不同晶格畸变的体系;3使用从头算分子动力学的方法模拟氢在高熵合金中的扩散;4处理从头算分子动力学模拟的结果,得到氢的均方根位移和扩散系数;步骤1中使用随机化方法建立高熵合金TiZrHfMoNb及其氢化物的模型方法,包括以下步骤:1-1选择合适的高熵合金作为研究对象;1-2设计出随机改变原子位置的程序,通过读入初始结构,该程序可以输出原子坐标重新排布的结构;1-3使用步骤2的程序随机生成多种具有不同原子分布的高熵合金构型;1-4选择合适的交换相关泛函和赝势;1-5通过一系列测试,选择合适的k点和截断能;1-6对所有的随机构型进行结构优化,得到每种构型的能量;1-7从中选择能量最低的构型作为高熵合金的结构模型,为了保证模型的准确性,需要将计算得到的晶格常数与实验值进行比较;步骤2中使用元素对TiZrHfMoNb掺杂,得到具有不同晶格畸变的体系的方法,包括以下步骤:2-1基于得到的高熵合金的模型,使用元素掺杂的方法改变高熵合金的晶格畸变;2-2找到被掺杂原子最稳定的占据位点;2-3绘制高熵合金的结构示意图;2-4计算高熵合金的晶格畸变,公式如下: 其中σ为晶格畸变的大小,N为高熵合金中某种金属元素组分的原子数,ci为该金属元素对应的百分比,为平均原子半径ri为某种金属元素的半径;2-5绘制高熵合金的晶格畸变随着掺杂浓度的变化示意图。

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