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摘\要 Li-O 系统具有丰富的相图，通过对其不同化合物在高压下的计算，可以推测出丰富的化学性质。本文利用遗传算法预测 Li-O 系统在不同压力下形成的化合物和结构相变序列，得到了新型化合物 LiO4。通过研究 LiO4的结构性质和电子性质及其在不同压力下的变化规律，发现 LiO4在6 GPa下可以形成（可认为是 ε-O8 结构接受了两个 Li 原子的两个电子）。通常氧元素只在很高的压力（>96GPa）或非常小的 Tc（<0.6K）下才变得超导，但是经过对 LiO4的测试发现它在Tc =12.2 K，P=10 GPa下呈现超导性。这表明，与其他元素形成合金不仅能降低金属化压力还能增加 TC。 该论文有图7幅，表 3个，参考文献 33篇。 51404
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毕业论文关键词：四氧化锂 超导低压 第一性原理 电子性质
Novel Chemistry of Lithium Oxides and Superconducting Low-pressure LiO4
Abstract Li-O system has rich phase diagram,we study rich chemical properties according the phase transition at high pressure.With Li in battery applications and fundamental chemical interest in mind,we use the ab initio evolutionary algorithm to calculated novel compounds and structural phase transition sequence at different pressures. Meanwhile combined with first principle calculation we predict stability of novel compounds LiO4.LiO4,formed at the pressure of just 6 GPa,can be seen as ε-O8 accepting two electrons from two Li atoms. This phase is superconducting,with Tc up to 12.2 K at 10 GPa.This is remarkable,because elemental oxygen becomes superconducting at much higher pressure (96 GPa) and has much lower Tc (<0.6 K), and suggests that chemical alloying with other elements has the potential of not only decreasing metallization pressure, but also of increasing Tc .
Key Words: LiO4 Low-pressure Superconducting Fist principle Electronic properties
目录
摘要-Ⅰ
Abstract--Ⅱ
目录-Ⅲ
图清单-Ⅳ
表清单-Ⅳ
1绪论1
1.1引言-1
1.2研究背景-1
1.3本论文的主要原理和方法-2
2理论及计算原理3
2.1理论原理-3
2.2计算原理-4
3Li-O二元化合物物性计算--5
3.1Li-O系统基本结构及性质5
3.2LiO4的结构特征7
3.3LiO4稳定性分析7
3.4LiO4电子及超导特性-9
4总结-11
参考文献12
致谢-15
1 绪论 1.1 引言 随着科技和生活的不断发展，材料能源供不应求，电池越来越成为人类赖以生存和发展的必备物资，锂电池由于其在生产生活、工业制造、航天通信等领域的广泛应用而备受关注，因而对锂电池进行进一步的科学研究十分有必要。超导材料的发现，引起了广大科研人员的注意。理想的超导电池，可以把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中，由于材料在超导状态下线圈没有电阻，会极大地降低能量损耗并提高供电效率，同时不会造成很大的环境污染，实现与环境的可持续发展。但是对于常规材料而言，由于超导状态一般需要线圈在非常低的温度或非常大的压强下才能实现， 而达到线圈处于超导状态需要的条件要消耗大量的能量，因而找到一种低压适温超导材料有广阔的应用前景。 Li-O 化合物的研究成为了电池材料研究中不能缺少一环。Li-O 化合物的结构随外界施加的压力条件呈现出不同的性质。当外界压力条件改变时，我们可以对化合物进行新晶格结构预测，研究新化合物的物理性能和化学性质。从而找出低压下最稳定的超导材料，并研究其原子排布、能带等特性，验证它物理性质的稳定性。这种预测方法对今后从实验上研究 Li-O 化合物的也具有一定的指导作用。 本文首先介绍计算所需要的理论基础，如第一性原理计算方法、能带理论和一部分计算所需要用到的软件。在进行理论介绍之后，用可变结构预测算法进行新的稳定结构预测，提出了四个 Li-O 二元化合物的设计，接着详细的分析不同Li-O 二元化合物在不同压力下的相变和电子特性并进行比较，分析新型化合物的创新性，在文章的最后，进行总结归纳。