题目：Ti、Na、Sr杂质对Al晶界影响的第一原理研究

金属材料的微观性质是由其组成和结构所决定的，人们对金属材料中的微量杂质元素对材料的机械性质影响的认识正日益深刻，该领域的研究工作也越来越深入。Al是一种用途广泛的重要材料，对Al材料的回收利用工作正受到越来越多国家的重视。由于回收的废铝中绝大部分含有杂质，所以必须弄清楚回收时可能混入的杂质对Al机械性质的影响，以便提出无害化的对策。 本文首先介绍了物理学中数值模拟的基本算法及其在材料科学中的应用，着重介绍了我们所做工作的基础——第一原理计算的基本理论和方法技术。然后，基于局域密度泛函理论，对AlΣ9倾侧晶界中掺杂Ti、Na和Sr后超晶胞原子和电子结构的变化用第一原理的赝势方法进行了模拟计算，进而研究了杂质对Al晶界的影响。Ti掺杂时，Al和Ti均用模守恒赝势，计算所用平面波截断能量为13Ry，弛豫标准是作用在每个原子上的Hellman-Feynman力均小于0.5eV/nm。计算Na、Sr的掺杂时，用的VASP软件，各元素使用超软赝势，平面波截断能量均为204eV，计算要求前后两步能量差小于10E-6eV。首先计算了纯Al晶界的弛豫原子结构，然后把位于晶界的4个Al原子分别置换为杂质Ti或Na、Sr原子，再进行弛豫计算，直到满足要求，从而得出纯Al及掺杂Ti和Na、Sr时弛豫超晶胞中各原子的位置及各晶层中的电子密度分布。将掺杂弛豫后的计算结果与纯Al的计算结果对比表明，引入杂质Ti后，超晶胞的晶界略有膨胀，晶界处的电子密度明显增加，这可能意味着在晶界处形成了相对掺杂前更强的键，即Ti的掺杂可能会使Al晶界强度增加；引入杂质Na后，超晶胞晶界膨胀，晶界处电荷密度明显减小，这表明掺杂后晶界处形成了相对纯Al时更弱的键，从而导致强度变弱；引入Sr杂质后，超晶胞中各原子位置变化较大，初步分析显示，Sr的掺入也可能会使晶界强度减弱。