|
|
Ab-initio výpočty elektronických a strukturních vlastností olovo-zirkonátu-titanátu (PZT)
Planer, Jakub ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na výpočty difuzních bariér kyslíkových vakancí v olovo-zirkonátu-titanátu a jeho komponent pomocí teorie funkcionálu hustoty. Zjistili jsme, že velikost bariér je různá v olovo titanátu a olovo zirkonátu, což je způsobené rozdílnou lokalizací elektronů pocházejících ze vzniku kyslíkových vakancí. Difuzní bariéry byly nadále určeny pro směs s vysokým podílem titanu a porovnány s experimentálními výsledky. Přínos této práce spočívá v objasnění neobvykle nízkých difuzních koeficientů, které byly experimentálně měřeny na olovo-zirkonátu-titanátu. Zjistili jsme, že elektronové stavy vyvolané přítomností kyslíkových vakancí vytváří lokální vazby mezi atomy olova, což způsobuje, že kyslíkové vakance jsou nepohyblivé v důsledku zvýšení aktivační energie difuzního procesu.
|
|
|
DFT výpočty grafenu s výhledem na uplatnění v biosenzorech
Špaček, Ondřej ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaměřuje na výpočet strukturních a elektronových vlastností grafenu po adsorpci atomárního a molekulárního kyslíku a močoviny pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT). Je zde studován vliv van der Waalsovy interakce na strukturu a adsorpční energii, vlivy teplotních korekcí, distribuce hustoty náboje a míra elektronového dopování grafenu po dosednutí adsorbátu na vrstvu grafenu.
|
|
| |
|
|
Ab initio výpočty křivek rozpustnosti tuhých roztoků
Fikar, Ondřej ; Friák, Martin (oponent) ; Zelený, Martin (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá teoretickým studiem fázové stability tuhých roztoků ve vybraných slitinách hliníku a stříbra. Ab initio výpočty byly provedeny s využitím projektovaných přidružených vln a teplotní závislosti termodynamických veličin byly získány pomocí fononových výpočtů. Pozornost je v této práci věnována zejména slitině hliníku a germania, zatímco ostatní slitiny (Al-Pb, Ag-Ge a Ag-Pb) byly zkoumány spíše za účelem porovnání predikce rozpustnosti v různých soustavách a její spolehlivosti. Teploty, při kterých dochází ke stabilizaci tuhého roztoku, byly hodnoceny z energetického hlediska, přičemž bylo vyhodnocení provedeno vícekrát se zahrnutím různých příspěvků k celkové energii jednotlivých soustav. Dále byly spočítány elektronové a fononové hustoty stavů pro všechny čisté prvky a tuhé roztoky, porovnány výsledné teploty rozpustnosti s experimentálními daty, které byly zprostředkovány metodou CALPHAD a vyobrazeny jednotlivé příspěvky k celkové energii. Výsledky získané v této práci podhodnocují experimentální hodnoty teplot rozpustnosti jednotlivých tuhých roztoků řádově o stovky Kelvinů.
|
|
|
AB INITIO STUDY OF SILVER NANOPARTICLES, GRAIN BOUNDARIES AND THEIR \nQUADRUPLE JUNCTIONS
Polsterová, S. ; Všianská, Monika ; Friák, Martin ; Pizúrová, Naděžda ; Sokovnin, S. ; Šob, Mojmír
Motivated by our experimental research related to silver nanoparticles with various morphologies, we have employed quantum-mechanical calculations to provide our experiments with theoretical insight. We have computed properties of a 181-atom decahedral silver nanoparticle and two types of internal extended defects, -5(210) grain boundaries (GBs) and quadruple junctions (QJs) of these GBs. We have employed a supercell approach with periodic boundary conditions. Regarding the thermodynamic stability of the decahedral nanoparticle, its energy is higher than that of a defect-free face-centered cubic (fcc) Ag by 0.34 eV/atom. As far as the -5(210) GB is concerned, its energy amounts to 0.7 J/m2 and we predict that the studied GBs would locally expand the volume of the lattice. Importantly, the system with GBs is found rather close to the limit of mechanical stability. In particular, the computed value of the shear-related elastic constant C66 is as low as 9.4 GPa with the zero/negative value representing a mechanically unstable system. We thus predict that the -5(210) GBs may be prone to failure due to specific shearing deformation modes. The studied GBs have also the value of Poisson’s ratio for some loading directions close to zero. Next, we compare our results related solely to -5(210) GBs with those of a system where multiple intersecting -5(210) GBs form a network of quadruple junctions. The value of the critical elastic constant C66 is higher in this case, 13 GPa, and the mechanical stability is, therefore, better in the system with QJs.
|
|
|
DFT výpočty grafenu s výhledem na uplatnění v biosenzorech
Špaček, Ondřej ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaměřuje na výpočet strukturních a elektronových vlastností grafenu po adsorpci atomárního a molekulárního kyslíku a močoviny pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT). Je zde studován vliv van der Waalsovy interakce na strukturu a adsorpční energii, vlivy teplotních korekcí, distribuce hustoty náboje a míra elektronového dopování grafenu po dosednutí adsorbátu na vrstvu grafenu.
|
|
|
Ab initio výpočty křivek rozpustnosti tuhých roztoků
Fikar, Ondřej ; Friák, Martin (oponent) ; Zelený, Martin (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá teoretickým studiem fázové stability tuhých roztoků ve vybraných slitinách hliníku a stříbra. Ab initio výpočty byly provedeny s využitím projektovaných přidružených vln a teplotní závislosti termodynamických veličin byly získány pomocí fononových výpočtů. Pozornost je v této práci věnována zejména slitině hliníku a germania, zatímco ostatní slitiny (Al-Pb, Ag-Ge a Ag-Pb) byly zkoumány spíše za účelem porovnání predikce rozpustnosti v různých soustavách a její spolehlivosti. Teploty, při kterých dochází ke stabilizaci tuhého roztoku, byly hodnoceny z energetického hlediska, přičemž bylo vyhodnocení provedeno vícekrát se zahrnutím různých příspěvků k celkové energii jednotlivých soustav. Dále byly spočítány elektronové a fononové hustoty stavů pro všechny čisté prvky a tuhé roztoky, porovnány výsledné teploty rozpustnosti s experimentálními daty, které byly zprostředkovány metodou CALPHAD a vyobrazeny jednotlivé příspěvky k celkové energii. Výsledky získané v této práci podhodnocují experimentální hodnoty teplot rozpustnosti jednotlivých tuhých roztoků řádově o stovky Kelvinů.
|
|
|
Quantum-mechanical study of magnetic properties of superalloy nanocomposite phase Fe2AlTi
Slávik, Anton ; Miháliková, Ivana ; Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Šob, Mojmír
The L21-structure Fe2AlTi intermetallic compound is one of the two phases identified in Fe-Al-Ti superalloy nanocomposites. Experimental data related to low-temperature magnetic properties of this Heusler compound indicate that magnetic moment is about 0.1 Bohr magneton per formula unit. In contrast, previous quantum-mechanical calculations predicted Fe2AlTi to have much higher magnetic moment, 0.9 Bohr magneton per formula unit. In order to solve this discrepancy between the theory and experiment we have performed a series of quantum-mechanical fix-spin-moment calculations and compared our results with those for non-magnetic state. It turns out that the total energy of the non-magnetic state is only by 10.73 meV/atom higher than that of the magnetic state. When applying Boltzmann statistics to this very small energy difference we predict that the non-magnetic state appears at non-zero temperatures with significant probabilities (for instance, 22.36 % at T = 100 K) and reduces the overall magnetic moment. As another mechanism lowering the magnetization we studied selected shape deformations, in particular trigonal shearing. Fe2AlTi exhibits a compression-tension asymmetry with respect to these strains and, for example, the strain 0.08 destabilizes the spin-polarized state, leaving the non-magnetic state as the only stable one.
|
|
|
First-principles study of interface energies in Fe-Al-based superalloy nanocomposites
Miháliková, Ivana ; Slávik, Anton ; Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Koutná, N. ; Holec, David ; Šob, Mojmír
Fe-Al-based nanocomposites with a superalloy-type of microstructure constitute a very promising class of materials. They possess a great potential as an alternative to the currently used steel grades in high temperature applications. Intermetallics-containing nanocomposites, such as those with the Fe3Al compound being one of the phases, may open a way towards future automotive and energy-conversion technologies with lower fuel consumption and reduced environmental impact. We employ quantum-mechanical calculations to analyze relations between ordering tendencies of Al atoms in the disordered Fe-18.75at.%Al phase on one hand and thermodynamic, structural and magnetic properties of Fe-Al-based nanocomposites on the other. When comparing supercells modeling disordered Fe-Al phase with different atomic distribution of atoms we find out that the supercell without 1st and 2nd nearest neighbor Al-Al pairs has a lower energy than that mimicking a perfect disorder (a special quasi-random structure, SQS). Further, coherent interfaces with (001), (110) and (1-10) crystallographic orientations between Fe3Al compound and SQS Fe-Al phase have higher energies than those exhibiting atomic distribution without 1st and 2nd nearest neighbor Al-Al pairs.
|
|
|
Quantum-mechanical study of tensorial elastic and high-temperature thermodynamic properties of grain boundary states in superalloy-phase Ni3Al
Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Holec, D. ; Šob, Mojmír
Grain boundaries (GBs), the most important defects in solids and their properties are crucial for many materials properties including (in-)stability. Quantum-mechanical methods can reliably compute properties of GBs and we use them to analyze (tensorial) anisotropic elastic properties of interface states associated with GBs in one of the most important intermetallic compounds for industrial applications, Ni3Al. Selecting the Sigma 5(210) GBs as a case study because of its significant extra volume, we address the mechanical stability of the GB interface states by checking elasticity-based Born stability criteria. One critically important elastic constant, C 55, is found nearly three times smaller at the GB compared with the bulk, contributing thus to the reduction of the mechanical stability of Ni3Al polycrystals. Next, comparing properties of Sigma 5(210) GB state which is fully relaxed with those of a Sigma 5(210) GB state when the supercell dimensions are kept equal to those in the bulk we conclude that lateral relaxations have only marginal impact on the studied properties. Having the complete elastic tensor of Sigma 5(210) GB states we combine Green's-function based homogenization techniques and an approximative approach to the Debye model to compare thermodynamic properties of a perfect Ni3Al bulk and the Sigma 5(210) GB states. In particular, significant reduction of the melting temperature (to 79-81% of the bulk value) is predicted for nanometer-size grains.
|
host ::
RSS.