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天然气水合物的第一性原理计算研究

作　者: 霍虎
导　师: 吕天全；靳常青
学　校: 吉林大学
专　业: 凝聚态物理学
关键词: 天然气水合物第一性原理力学性质弹性系数热学性质声学性质
分类号: P744.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

摘要:本文运用第一性原理方法计算了sI, sII和sH型三种类型水合物的几何结构、弹性模量、弹性系数、声学性质和部分热学性质.弹性常数的计算是通过拟合吉布斯自由能对拉格朗日张量的系数而得到的,体弹模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比是通过弹性系数而推导出来的,并且与实验数据符合的较好.还利用Birch-Murnaghan方程拟合计算了立方结构sI, sII型水合物的体弹模量和体弹模量的一阶导数,其体弹模量无论相对于实验值,还是相对于本文中运用弹性常数得到的理论值都稍微偏小,但是差别不是很大,属于可以接受的范围.还计算了这三种体系的弹性波波速,包括横波和纵波波速,也很接近实验值.基于Debye模型,还计算了立方结构sI, sII型水合物的热容量、线性热膨胀系数、Grüneisen系数和Debye温度等热力学参量.

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 天然气水合物的研究意义  10-12
  1.2 天然气水合物的研究背景及最新进展  12-15
  1.3 第一性原理计算在物质性质研究中的意义  15
  1.4 本文所采用的计算软件和数值处理软件  15-16
第二章密度泛函理论  16-31
  2.1 密度泛函理论基本定理  16-18
  2.2 密度泛函理论  18-28
    2.2.1 Born-Oppenheimer 绝热近似  18-19
    2.2.2 Hartree-Fock 近似  19-22
    2.2.3 Kohn-Sham 方程  22-25
    2.2.4 交换关联泛函  25-27
      2.2.4.1 Slater 平均交换势  25-26
      2.2.4.2 局域(自旋)密度近似  26
      2.2.4.3 广义梯度近似(GGA)和Meta-GGA  26-27
      2.2.4.4 混合泛函  27
    2.2.5 密度泛函理论在计算中的实现  27-28
  2.3 密度泛函理论的优点和缺点  28-31
第三章计算方法和数值计算结果  31-46
  3.1 三种常见水合物类型的几何结构  31-34
  3.2 力学性质的计算方法  34-36
  3.3 泛函和赝势的测试计算  36-39
  3.4 三种水合物的计算结果  39-46
第四章结论  46-48
附录  48-49
参考文献  49-52
致谢  52

天然气水合物的第一性原理计算研究

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