First-principles study for suppressing phase transition in silica Cristobalite structure

抑制二氧化硅方石英结构相变的第一性原理研究

• 批准号: 22K04694
• 负责人: 陳 迎
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04694/
• 关键词: SiO2; Cristobalite; 第一原理; 相転移抑制

本研究は、第一原理計算に基づいて、EBC酸化保護膜として有望な結晶性SiO2の要素であるCristobalite構造に着目して、Cristobalite構造のβ-α相転移を抑制する指針が得ることが目的とした。研究の最初年度には、研究全体のコアであるCristobalite 関連相、の基礎計算を行った。主な結果か以下になる。(1)SiO2におけるa-Cristobalite、β-Cristobalite、α-Quartzに対して絶対０Ｋでの電子構造計算を行った。α-Quartzは基底構造であり、β-Cristobaliteの数種類の構造の中にI42dのエネルギーは一番低い、α-Cristobaliteはβ-Cristobaliteより安定で、βからaに相変態する場合は格子の体積が小さくなることが確認された。(2)電子構造とフォノン振動の計算を組み合わせて1800Kまで各相の自由エネルギーを温度の関数として算出し、2つの相変態の温度（β-Cristobalite->α-Quartz、β-Cristobalite->α-Cristobalite）を求めた。(3)β-Cristobalite、α-Cristobaliteとa-QuartのSupercellにsingle N, pair N2の数種類の配置に対して形成エネルギーを計算した。pair N2の置換で、Si-N-N-Si-O のRing を形成するβ-Cristobalite 構造が他の構造より明らかに体積が小さくなり安定化することが分かった。電子構造の解析により、N2-Ring配置の導入により低エネルギー域に局所的なN(s)軌道の存在とFermiエネルギー以下のN(p) 軌道の散在分布から形成されたO(p)-Si(p)-N(p) ハイブリッド結合、N原子からSi-Nバンドへの電荷移動は系を安定化する要因とみられる。

This research is based on first principles calculations, and the EBC acidification protective film is promising, and the elements of crystalline SiO2 are promising. Cristoba The structure of the lite structure is the purpose, and the structure of the Cristobalite is the β-α phase change, the pointer is suppressed, and the purpose is the purpose. Research on the initial year, research on the overall Cristobalite related phase, and basic calculations. The main result is the following. (1) SiO2におけるa-Cristobalite, β-Cristobalite, α-Quartzに対してJue対0Ｋでのelectronic structure calculationを行った. α-Quartz's base structure, β-Cristobalite's basic structure, I42d's I42d, Ichiban low, α-Cri Stobaliteはβ-Cristobaliteより stabilizationで, βからaにphase dimensional stateするoccasionはlatticeのvolumeが小さくなることがconfirmされた. (2) Calculation of the electronic structure and vibration of the electronic structure. Calculate the temperature of each phase and the free temperature of each phase. Calculate the temperature of the two phases. Degree (β-Cristobalite->α-Quartz, β-Cristobalite->α-Cristobalite)をquestめた. (3) β-Cristobalite, α-Cristobalite and a-QuartのSupercellにsingle N, pair N2のnumber typeのconfigurationに対してformationエネルギーをcalculationした. pair N2 の substitution で, Si-N-N-Si-O のRing をform するβ-Cristobalite structure がhis structure より明らかに Volume が小 さくなり stabilization することが分かった. Analysis of the electronic structure and introduction of the N2-Ring configuration. The existence of the N(s) orbital in the low-level field and the FermiエネルギーN(p) Orbital scattering distribution is formed by O(p)-Si(p)-N(p) The main reason for the combination of ハイブリッド and N atoms からSi-Nバンドへのcharge movement and stabilization is とみられる.

项目成果

Stability and phase transition of Cristobalite in SiO2

SiO2 中方英石的稳定性和相变

• 发表时间: 2022
• 作者: Iida Kazuki;Kodama Katsuaki;Inamura Yasuhiro;Nakamura Mitsutaka;Chang Lieh-Jeng;Shamoto Shin-ichi;飯田一樹，樹神克明，稲村泰弘，中村充孝，張烈錚，*社本真一;久野智也・橋本忠範 ・石原 篤 ・西尾友志;加納聖人・橋本忠範・石原 篤・西尾友志;Ying Chen
• 通讯作者: Ying Chen