Teoretický popis tuhých roztoků nitridů a boridů přechodových kovů

Bc. Martin MATAS

Master's thesis

Abstract:

Práce za pomoci teorie funkcionálu hustoty modeluje nitridy a diboridy přechodových kovů (Y, Ho, Hf, Ta, Mo). Jsou nalezeny optimální parametry výpočtů a optimální metodologie zpracování hrubých dat. Je identifikován postup, s jakým lze dosáhnout výsledků standardní přesnosti i pro hůře proveditelné výpočty s magnetickými kovy vzácných zemin. Po optimalizaci metodologie jsou určeny preferované krystalické struktury, formovací energie a objemové moduly pružnosti nitridů a boridů jednotlivých kovů. U nitridů s kubickou strukturou jsou určeny další základní mechanické vlastnosti (složky tenzoru pružnosti, moduly pružnosti v tahu a ve smyku, Poissonovo číslo). Pozornost je věnována tuhým roztokům nitridů uvedených prvků, prozkoumána je jejich směšovací energie (která silně závisí na rozložení atomů jednotlivých prvků), z ní plynoucí stabilita, a v případě roztoků s kubickou strukturou i výše uvedené mechanické vlastnosti. Je zjištěna například vyšší formovací energie nitridů prvků ze sloupců periodické tabulky s vyššími čísly. Tato monotónní závislost je v souladu s výsledky provedených experimentů a lze ji využít při ladění vlastností nových materiálů.

Abstract:

Nitrides and borides of transition metals (Y, Ho, Hf, Ta, and Mo) are investigated by density-functional theory calculations. Suitable calculation parameters and optimum methodology of processing the raw data are identified. A new approach to modelling of magnetic rare-earth metal compounds (allowing one to achieve a standard exactness despite the magnetism) is proposed and its promising results are shown. Then, preferred crystal structures are found and formation energies and bulk moduli of individual nitrides and borides are calculated. For cubic nitrides, also other mechanical properties (elastic tensor, Young and shear moduli, and Poisson's ratio) are determined. Mixing energy of metal nitride solid solutions (heavily dependent on the distribution of individual metal atoms in the lattice), the resulting stability, and in the case of cubic solutions also the aforementioned mechanical properties, are investigated as well. The results show that, for example, metal nitride forming energy significantly increases with the group number of the metal in the periodic table. This monotonic trend can be used in design of materials with desired properties.

Keywords

ab-initio výpočty, tuhé roztoky, formovací energie, nitridy kovů, HfN

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 5. 2018

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Jiří Houška, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied Physics and Physical Engineering