sp金屬表面氧化機制的第一性原理研究

《sp金屬表面氧化機制的第一性原理研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由楊宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：sp金屬表面氧化機制的第一性原理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊宇
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

從原子尺度上研究金屬表面氧化的過程和機制，不僅可以在實際套用中對金屬材料的防氧化腐蝕提供具體的指導，而且因為涉及到很多基礎前沿的表面化學物理過程而有著極其重要的理論意義。本項目基於第一性原理分子動力學方法，系統深入研究sp金屬表面氧化過程中的關鍵問題。包括對比研究氧分子在同一主族和同一周期不同金屬元素表面吸附和分解的規律；探討研究合金表面氧化的過程；深入研究缺陷對sp金屬表面氧分子分解及氧化核形成的影響；系統研究表面應力和台階對sp金屬表面氧分子吸附和分解狀況的影響；以及揭示量子尺寸效應對sp金屬表面氧化過程的調控機制。通過本項目的研究以期更進一步提高人們對非過渡金屬表面氧化和腐蝕過程中涉及到的一些重要理論物理問題的認識，並促進我國在這一交叉領域的研究進展。

結題摘要

通過大規模第一性原理分子動力學模擬，揭示出傳統的“熱原子”氧化機制適用於鎂和鋁等sp金屬，並不適用於金屬鈹，建立了金屬鈹表面氧化的聚集分解模型；預言了壓應力會抑制，拉應力會促進sp金屬表面氧化；與清華大學低維量子物理國家重點實驗室合作，通過理論計算結合高真空實驗研究，解釋了金屬鉛表面在室溫下抗氧化卻可以通過“低溫吸附-室溫退火兩步法”氧化的重要實驗結果；針對合金的氫化機制，解釋了鎂鋁合金耐氫化的原因，提出了新的鈽鎵合金表面氫化反應開始的模型，揭示了鈾鈮合金表面氫化過程中的s-d相互作用機制，相關研究成果已被成功套用到中國工程物理院關於材料腐蝕機制的相關任務中。此外，還結合凝聚態物理領域的一些前沿研究熱點對研究內容進行了適當補充，提出了預吸附半層表面活性劑輔助在矽表面外延生長鍺納米線的思路，給出了氧化鈧團簇穩定性和電子學性質的混合泛函理論描述，預言了氧化鋅二維納米島的結構穩定性和磁學性質等等。在這些研究工作中，負責人及所在研究組同國內外的相關研究組建立了廣泛的合作與交流。在本項目的資助下，項目組成員共在國際知名期刊上合作發表了十餘篇學術文章，均已獲得國際上研究同行的關注和引用。