天然气水合物的第一性原理计算研究

【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. 【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
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 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-GGA26-27
• 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

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