作者：刘士余 著
页数：273
出版社：冶金工业出版社
出版日期：2024
ISBN：9787502499204
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内容简介
本书《第一性原理热力学的材料设计》共6章，主要介绍基于第一性原理和吉布斯朗道热力学的材料设计，从电子和原子尺度阐明微观机理。主要内容包括用于电子和原子尺度材料计算的第一性原理方法和吉布斯朗道热力学方法、金属间化合物及其复合材料氧化的第一性原理(吉布斯)热力学研究、高熵陶瓷的第一性原理(吉布斯)热力学研究、弛豫铁电体的第一性原理朗道热力学研究、非常规超导体的第一性原理朗道热力学研究。目前，国内外这方面的研究还相当有限，因此我们的专著既有一定的科学意义，也有一定的应用价值。该书可以为合金材料氧化、太阳能电池、高熵陶瓷、弛豫铁电体和非常规超导体材料的超高性能化设计提供理论基础。《第一性原理热力学的材料设计》重点介绍第一性原理热力学方法的基础理论及其在各种材料研究中的应用，是第一性原理热力学方面的一本较系统、完整的教材。
作者简介
刘士余，1981年生于辽宁沈阳，2010年获北京航空航天大学材料系博士学位。同年6月进入天津师范大学物理与材料科学学院工作，现任天津师范大学物理与材料科学学院副教授，硕士生导师，入选天津市“131”创新型人才培养工程。2014年作为高级访问学者，在香港城市大学机械与生物医学工程系进行3个月的学术访问与交流。长期从事凝聚态物理理论与计算材料学研究，并在该领域取得具有创新性的研究成果，发表SCI文章40余篇。先后主持和参与国家自然科学基金项目5项。研究主要方向为第一性原理与吉布斯热力学相结合的金属间化合物和合金氧化的微观机理研究、第一性原理混合热力学的高熵陶瓷和太阳能电池的微观机理研究、第一性原理与朗道热力学相结合的弛豫铁电体和无铅压电陶瓷的微观机理研究，以及第一性原理与朗道热力学的非常规超导体的微观机理研究。
目录
1 绪论
1.1 概述
1.2 材料计算理论简介
1.3 本书的主要内容和结构安排
参考文献
2 第一性原理和热力学理论
2.1 基于密度泛函的第一性原理理论
2.1.1 多粒子系的薛定谔方程
2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
2.1.3 Kohn-Sham方程
2.1.4 交换相关能泛函
2.1.5 基态总能量
2.1.6 第一性原理软件
2.2 吉布斯热力学和朗道热力学理论
2.2.1 吉布斯热力学自由能的化学势理论
2.2.2 吉布斯混合热力学理论
2.2.3 朗道—德文希尔的铁电热力学理论
2.2.4 朗道二级相变的热力学理论
2.3 本章小结
参考文献
3 金属间化合物TiAl表面氧化的第一性原理热力学研究
3.1 计算方法与模型
3.2 干净TiAl(111)表面的自偏析
3.2.1 干净TiAl(111)表面的缺陷形成能
3.2.2 干净TiAl(111)表面的热力学稳定性
3.3 表面自偏析对TiAl(111)表面氧吸附的影响
3.3.1 结合能计算
3.3.2 热力学稳定性分析
3.3.3 原子结构分析
3.3.4 投影态密度分析
3.4 本章小结
参考文献
4 金属间化合物Ti3Al表面氧化的第一性原理热力学研究
4.1 计算方法与模型
4.2 干净Ti3Al(0001)表面热力学稳定性分析
4.3 Ti3Al(0001)表面氧吸附的结合能计算
4.4 Ti3Al(0001)表面氧化的第一性原理热力学相图
4.5 Ti3Al(0001)表面氧吸附的投影态密度计算
4.6 本章小结
参考文献
5 金属间化合物表面氧化的第一性原理热力学研究
5.1 计算方法与模型
5.2 金属间化合物干净表面热力学稳定性分析
5.3 热力学稳定性及完全选择性氧化分析
5.4 热力学稳定性及部分选择性氧化分析
5.5 热力学微观氧化机制
5.6 本章小结
参考文献
6 Si偏析对TiAl表面氧化影响的第一性原理热力学研究
6.1 计算方法和模型
6.2 研究结果及讨论
6.2.1 表面偏析能分析
6.2.2 氧的结合能计算
6.2.3 原子结构分析
6.2.4 投影态密度分析
6.3 本章小结
参考文献
7 二元和三元合金表面氧化的第一性原理热力学研究
7.1 计算方法与模型
7.2 Nb-X(110)合金干净表面性质
7.3 结合能计算
7.4 二元合金表面氧化的热力学相图分析
7.5 三元合金氧化的热力学框架
7.6 本章小结
参考文献
8 双相复合材料Nb/Nb5Si3氧化的第一性原理热力学研究
8.1 计算方法与模型
8.2 复合材料Nb/Nb5Si3干净表面性质
8.3 复合材料Nb/Nb5Si3选择性氧化分析
8.4 Nb/Nb5Si3亚表面氧化与内氧化分析
8.5 复合材料Nb/Nb5Si3界面溶解氧分析
8.6 两相复合材料氧化的热力学框架
8.7 本章小结
参考文献
9 Al对复合材料Nb/Nb5Si3氧化影响的第一性原理热力学研究
9.1 计算方法与模型
9.2 研究结果及讨论
9.2.1 表面偏析能及稳定性分析
9.2.2 氧的结合能计算
9.2.3 原子结构分析
9.2.4 投影态密度分析
9.3 本章小结
参考文献
10 BC3单层在NbB2(0001) 上的稳定性和电子性质的第一性
原理热力学研究
10.1 计算方法与模型
10.2 研究结果及讨论
10.3 本章小结
参考文献
11 高熵四元金属二硼化物的相图和力学性能第一性原理热力学研究
11.1 计算方法与模型
11.2 研究结果及讨论
11.2.1 能量学和混溶性
11.2.2 几何结构
11.2.3 力学性能和熔点
11.3 本章小结
参考文献
12 高熵四元金属碳化物的相稳定性和力学性能第一性原理热力学研究
12.1 计算方法与模型
12.2 研究结果及讨论
12.2.1 能量学和Ω-δ判据
12.2.2 几何结构
12.2.3 力学性质
12.2.4 电子结构
12.3 本章小结
参考文献
13 高熵五元金属碳化物的稳定性和力学性质第一性原理热力学研究
13.1 计算方法与模型
13.2 研究结果与讨论
13.2.1 结构和热力学稳定性
13.2.2 几何结构
13.2.3 力学性质
13.2.4 价电子浓度
13.3 本章小结
参考文献
14 钙钛矿太阳能电池的稳定性和光学性质的第一性原理热力学研究
14.1 计算方法与模型
14.2 研究结果及讨论
14.2.1 能量与混溶性
14.2.2 几何结构
14.2.3 光学性质
14.3 本章小结
参考文献
15 组分和压力导致的弛豫铁电体的第一性原理和朗道热力学研究
15.1 计算方法与模型
15.2 研究结果及讨论
15.2.1 BZT弛豫体和PZT铁电体之间的差异
15.2.2 La浓度对PLZT弛豫铁电体的影响
15.2.3 压力对PLZT弛豫铁电体的影响
15.2.4 PMN和PZN弛豫铁电体
15.2.5 MPCCS模型及其高机电性能与朗道热力学理论
15.3 本章小结
参考文献
16 弛豫铁电体Ba1-xCaxZryTi1-yO3的第一性原理和朗道热力学研究
16.1 计算方法与模型
16.2 研究结果及讨论
16.2.1 能量与结构分析
16.2.2 电子结构分析
16.2.3 组分相图与MPCCS模型
16.2.4 MPCCS模型高机电性能的朗道热力学分析
16.3 本章小结
参考文献
17 无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3的第一性原理和朗道热力学研究
17.1 计算方法与模型
17.2 研究结果及讨论
17.2.1 能量学与相变
17.2.2 几何结构
17.2.3 电子结构
17.2.4 压电性质
17.2.5 高压电性能与朗道热力学理论
17.3 本章小结
参考文献
18 铋酸盐超导体的第一性原理和朗道热力学研究
18.1 计算方法与模型
18.2 研究结果及讨论
18.2.1 能量与相稳定性
18.2.2 几何结构
18.2.3 电子态密度
18.2.4 电子能带结构
18.2.5 平带超导体的平带长度和超导转变温度及朗道热力学分析
18.3 本章小结
参考文献
19 铜氧化物超导体的第一性原理和朗道热力学研究
19.1 计算方法与模型
19.2 研究结果及讨论
19.2.1 La2-xSrxCuO4铜氧化物的能量和磁性
19.2.2 几何结构
19.2.3 电子态密度
19.2.4 电子能带结构
19.2.5 平带超导体转变温度和平带长度的关系
19.2.6 超导转变温度与平带长度的关系式和朗道热力学相变理论
19.3 本章小结
参考文献
20 铁基超导体的第一性原理和朗道热力学研究
20.1 计算方法与模型
20.2 研究结果及讨论
20.2.1 结构与磁性相变
20.2.2 几何结构
20.2.3 电子态密度
20.2.4 平带和陡带
20.2.5 平带超导体的最佳超导转变温度
20.2.6 平带超导体微观机理的朗道热力学和弦理论分析
20.2.7 非常规超导体的超导相变
20.3 本章小结
参考文献
总结与展望
后记
