浅谈锆合金电子结构与物性关联的第一性原理研究

摘 要：为了进一步推动科技的进步和发展，建立宏观特性与微观电子结构之间的关系，探究锆基合金电子结构与物性关联的第一性原理成为了当前行业中的重要研究课题。锆基合金是常用于化学技术领域的一种结构性质材料，在未来的核工业发展和化学工业都有着巨大的作用和意义。基于此，本文将对锆合金电子结构与物性关联的第一性原理研究进行有效分析，和针对性的理论探究。旨在更好的为锆基合金未来的发展提供坚实的理论基础。

关键词：锆合金电子结构;物性关联;第一性原理;结构性质关联

1.锆合金电子结构与物性关联的意义

锆及锆合金以其优异的性能成为科学技术和工业生产的重要的材料，也特别适合在化工设备以及流程中使用，其作用能够很好地解决工业行业的问题。可利用金属中的结构性质，进一步研究其中关联性。在目前的一些工业产品来看，极大多数都是在使用锆合金电子结构以及相应的工业级锆及锆合金材料，建立其锆合金电子结构和特性之间的关系，对于开发新型锆合金具有重要的理论与现实意义[1]。

2.从赝原子中的特性分析锆合金电子的结构性

赝原子作为一种特殊的现象，其本质上是一种间隙电子，简言之则为电子密度局域在原子团簇和晶格间隙中的电子，由于外在有着和原子相似的特征，因此被称为赝原子，而自身所带的负电属性，也成为赝阴离子。常见的具有代表性的赝原子为电子化学物品或是电子盐等特殊性离子化合物。在经历长时间的研究后发现，其不仅可以为环保工程做出有效的贡献，其自身优异的电子性能结构也有着优异表现。随着锆合金电子材料的进一步开发，从材料科学结构角度分析，锆合金的电子结构密度有着一定的优异性。纯锆以及锆合金中存在着赝元素，但在对其进行拓展研究中发现，锆以及锆合金中的结构特性有一定的局限性，需要通过更加科学的方式对其进行分析和研究。因此通过计算材料科学等领域的相关学科原理，进一步对材料的性能进行深入分析。通过第一性原理计算和从头计算的方法入手，在密度泛理论的依托下分析得出，全电子态的计算量在收敛速度上十分缓慢，当原子结合成固体时，人们最关心的价电子的结构状态则会发生较大的改变，在化学环境的外在影响下，内层电子中例子的总能量也不会出现结构性的改变[2]。

3.赝原子的存在规律和结构性性质关联

锆合金凭借自身优良的特性，广泛应用于我国社会经济领域中的各行各业中。锆合金的结构优异性离不开基础电子的基本性能，因此在对微观电子结构和宏观性能研究的基础上，本文从电子尺度方向对锆合金的特性进行了进一步的分析和把握。在对过往的文献分析中发现，对于锆在其他结构中是否存在赝原子，没有明确的指出，其内在机理问题也缺乏深度的研究。再进一步的计算和分析发现，传统锆以亚稳相的方式存在，其内在化学性能和物理性能都存在着较高的延展性，因此在同材料中有着较大的发展前景。例如高强度的锆合金可以应用于较为特殊的外太空环境中，因为在外太空较为恶劣的自然环境下，航空器材需要较高的耐低温、耐侵蚀、承受微尘冲刷以及碎片冲击等特性。而高强度的锆合金则有望满足这样接近严苛的要求。由此可见锆合金的强韧性特征，有望成为新型的开发方向。不仅如此，由于锆合金自身的生物相容性佳，不会与人体骨骼或是人体组织结构产生反应，因此在未来医学以及生物医用材料领域，也有着较为客观的发展性。基于此，在对锆合金基本性质进行分析和第一性原理研究的过程中，需要对其进行金属性能的充分了解和掌握，甚至是对其固溶体也进行深度分析和研究，帮助锆合金在多各发展领域成为可能[3]。

因此在对赝原子的存在规律和结构性性质关联的计算对比中发现，在锆的三个不同相中，含有赝原子的相会随着锆四面体畸形程度的不断增加，结构不断变形，而六方金属中的赝原子特性所存在的强弱性与电负性成反比。由此可见，赝原子的出现，是由存在电负性的组成元素和晶体结构共同决定和影响的。

4.锆合金在其他领域的应用分析

通过上述对锆合金电子结构与物性关联第一性原理的深入分析发现，除了在化工、航空航天行业锆合金有着深入的发展前景外，其自身特性的多样性和综合性，也让我国经济生产中的其他领域有了更多发展的可能。其中锆有着较强的吸氢性，并有着易活化和反应迅速的特点，可以作为电子工业中的吸气剂和电容器，并在武器中作为音信和爆燃剂等材料。而在冶金工业中，由于锆合金的性能特殊，在钢制作的过程中，增加千分之一的锆，则会大大提高其钢自身的强度和硬度，可以广泛应用于不锈钢和耐热钢的制造中[4]。

锆和相关化合物也有着抗氧化、耐高温以及耐腐蚀等优点，常受到诸多行业的青睐，例如进行将其内燃发动机零件的制造，绝热内燃发动机的制造等。由此可见，锆合金在其他领域中也有着无限的应用可能。

5.结束语

综上所述，锆合金有着十分广泛的特征和性能，通多对其内在电子结构与赝原子等物性关联第一原子的深入计算和分析得出，锆合金可以在多种领域中发挥其潜在的价值。由此可见，在未来化学行业和物理行业的分析研究中，锆合金可以作为重点分析和研究的对象，在不断的探索和发现中，提升其自身电子结构的优异性，为我国不同行业发展做出更大的贡献。

参考文献

[1] 宁进良. 锆合金电子结构与物性关联的第一性原理研究[D]. 2015.

[2] 葛奔，马景陶，艾德生，et al. Sr_2FeNbO_6晶格常数及电子结构的第一性原理研究：交换关联泛函及计算参数的选择[C]// 第十八届全国高技术陶瓷学术年会. 0.

[3] 王保田，郑晶晶，张世杰. 铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究[J]. 山西大学学报（自然科学版），2014，37（4）：533-538.

[4] 張利民. 高温超导体YBaCuO电子结构及物性的第一性原理计算研究[D]. 西北工业大学，2007.

作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。