金属间化合物Al4Sr的力学与热力学性质揭秘:基于第一性原理的压力效应研究
Mechanical and Thermodynamic Behaviors of Intermetallic Al4Sr under High Pressure: A First-Principles Study
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摘要: 采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,系统探究了金属间化合物Al₄Sr在0~60 GPa压力范围内的结构稳定性、力学性能及热力学性质。结果表明:(1)力学性能:Al₄Sr的弹性常数在高压下满足机械稳定性条件,其体积模量随压力线性增长,而杨氏模量和剪切模量呈现3阶段变化趋势——0~20 GPa时线性上升,20~50 GPa时增速趋缓,50~60 GPa时则略微下降。通过体积模量与剪切模量比值(B/G>1.75)、泊松比及柯西压力分析,证实Al₄Sr在高压下为韧性相,且金属键合特征显著。(2)热力学行为:Al₄Sr的德拜温度随压力先升后降,与杨氏模量变化趋势一致;焓和熵随温度升高单调增加,而自由能随温度急剧降低。热容在低温区遵循T³规律,高温区则趋近杜隆–珀替极限,揭示了其原子振动模式与能量耗散的关联性。(3)应用潜力:研究通过微观性能计算,阐释了Al₄Sr作为镁合金强化相的机制,为开发低成本、高耐热性镁合金提供了理论依据。本研究不仅深化了对Al₄Sr高压行为的理解,也为新型轻量化材料的性能优化与设计提供了重要参考。