Edison Francisco Cudris García

(*) Simulacro 2 de sustentación.

1. Introducción

2. Descripción del Problema y justificación

3. Referentes teóricos y parámetros de cálculo

4. Resultados TiC

5. Resultados VC

6. Resultados TiSi

7. Resultados VSi

8. Conclusiones y perspectivas

Referencias

Cubierta cerámica del transbordador Stonehenge (2500 a. c.)

Conocer algunas propiedades de estructura (parámetro de red, energía de cohesión y módulo de volumen) y electrónicas (densidad de estados y estructura de bandas) de compuestos binarios con presencia de metales de transición; en dos fases cristalinas (NaCl y CsCl).

JUSTIFICACIÓN. Conocer los mecanismos que generan las algunas propiedades fisicoquímicas conocidas de los cerámicos como son: resistencia a la corrosión, dureza frente a esfuerzos de compresión, alto punto de fusión y mecanismos de llenado de niveles de energía para metales de transición.

1. Teoría cuántica del problema de muchos cuerpos:

Hamiltoniano de un sistema de muchas partículas

2. En DFT, la energía total del sistema electrónico en el estado base se describe en términos de la densidad electrónica.

2.1. Teoremas de H-K:

1. V ext α ρ2. E[ρ]; es mínima para el estado base.

2.2 Ecuaciones de Kohn-Sham :

2.3 Energía de intercambio-correlación:

Intercambio correlación

Polarización de spin

2.4. Aproximación GGA tipo PBE-96:

Linealidad

Enlace local

2.5 Funciones base: Se propone entonces

introducir una base especialmente adaptada al

sistema.

Método LAPW: División de la celda

unidad

Para la zona I:

Para la zona II:

Método FP-LAPW, con Wien2K.

Energías Exc con GGA-PBE-96.

E = -6,0 Ry de separación entre energías de estados del core y valencia.

Números de puntos de la zona irreducible de Brillouin k = 165.

Lmax = 10, para expandir la función de onda dentro de la esfera de muffin-tin.

Convergencia de las funciones base, R x Kmax

= 7.

Convergencia de la densidad de carga y la energía en cada iteración fue de 0,0001 Ry.

Ajuste de datos:

Se excluyen los efectos de temperatura del

material de forma que:

Energía de cohesión del compuesto:

Ecohesión = Ecompuesto – Eatomo1 – Eatomo2

Probabilidad de

transición, P=22,86

GPa.

ANTES DESPUÉS

ANTES DESPUÉS

El módulo de volumen de los materiales TiC y VC es más alto que el de TiSi y VSi. El parámetro de red de los compuestos de carbono es menor con respecto a los compuestos de silicio.

Se encontró una transición de fase para el TiSi cuando el cristal se somete a una presión de 22,86 GPa, modificando la estructura de fase NaCl a CsCl. Se reduce el volumen del material en 9% aproximadamente.

La estructura de bandas de cada material muestra el carácter metálico del compuesto debido a las bandas que cruzan el nivel de Fermi.

Se aprecian estados híbridos generados por los orbitales d.

En la densidad de estados para cada material, se evidencia una separación entre los orbitales s y p, característica propia de los metales de transición (pseudogap). Este pseudogap es del orden de 5 eV para los compuestos de carbono y de 2 eV para los compuestos de silicio.

Indagar sobre los efectos de la temperatura

en el material.

Indagar sobre fenómenos de superficie en

estos compuestos para poder comprender

mejor las propiedades químicas observadas

de los cerámicos.

[1] Zhang Y., Li J., Zhou L., Xiang S., A theoretical study

on the chemical bonding of 3d-transition-metal

carbides. Solid State Communications pp 411-416 (2002).

[2] Liu M., Wang S., Ye H., Adhesion and bondingthe

Al/TiC interface, Surface Science pp 46-56 (2004).

Tanmoy, Study of electronic and properties of transition metal and actinide carbides. Phys. Rev. B, 367 (2005)

Kitchin, Trends in the Chemical properties of early transition metal carbide surfaces. Catalysis Today 105:66-73 (2005)

Li, Development of n-body potentials for hcp-bcc and fcc-bcc binary transitions metal systems. Phys. Report, 455:1-134 (2008)

Thieme, Elastic properties and electronic structure of vanadium silicides-a density functional investigation. Acta Materialia 57, 50–55 (2009)

Yang, First-principles calculations of mechanical properties of TiC and TiN. Journal of Alloys and Compounds ARTICLE IN PRESS (2009)