本书《第一性原理热力学的材料设计》共6章，主要介绍基于第一性原理和吉布斯朗道热力学的材料设计，从电子和原子尺度阐明微观机理。主要内容包括用于电子和原子尺度材料计算的第一性原理方法和吉布斯朗道热力学方法、金属间化合物及其复合材料氧化的第一性原理(吉布斯)热力学研究、高熵陶瓷的第一性原理(吉布斯)热力学研究、弛豫铁电体的第一性原理朗道热力学研究、非常规超导体的第一性原理朗道热力学研究。目前，国内外这方面的研究还相当有限，因此我们的专著既有一定的科学意义，也有一定的应用价值。该书可以为合金材料氧化、太阳能电池、高熵陶瓷、弛豫铁电体和非常规超导体材料的超高性能化设计提供理论基础。《第一性原理热力学的材料设计》重点介绍第一性原理热力学方法的基础理论及其在各种材料研究中的应用，是第一性原理热力学方面的一本较系统、完整的教材。

第一章绪论...PAGEREF _Toc146961354 \h1 第二章第一性原理和热力学理论简介...PAGEREF _Toc146961358 \h7 2.1基于密度泛函的第一性原理简介...PAGEREF _Toc146961359 \h7 2.1.1多粒子系的薛定谔方程...PAGEREF _Toc146961360 \h7 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理...PAGEREF _Toc146961361 \h9 2.1.3 Kohn-Sham方程...PAGEREF _Toc146961362 \h10 2.1.4交换相关能泛函...PAGEREF _Toc146961363 \h12 2.1.5基态总能量...PAGEREF _Toc146961364 \h15 2.1.6第一性原理VASP程序简介...PAGEREF _Toc146961365 \h16 2.2吉布斯热力学和朗道热力学的理论简介...PAGEREF _Toc146961366 \h17 2.2.1吉布斯混合热力学理论简介...PAGEREF _Toc146961367 \h17 2.2.2铁电体的朗道-德文希尔热力学理论简介...PAGEREF _Toc146961368 \h18 2.2.3超导体的朗道相变的热力学理论简介...PAGEREF _Toc146961369 \h19 第三章金属间化合物TiAl表面氧化的第一性原理热力学研究...PAGEREF _Toc146961370 \h20 3.1引言...PAGEREF _Toc146961371 \h20 3.1计算方法和模型...PAGEREF _Toc146961372 \h20 3.2干净TiAl(111)表面的自偏析...PAGEREF _Toc146961373 \h23 3.2.1干净TiAl(111)表面的缺陷形成能...PAGEREF _Toc146961374 \h23 3.2.2干净TiAl(111)表面的热力学稳定性...PAGEREF _Toc146961375 \h24 3.3表面自偏析对TiAl(111)表面氧吸附的影响...PAGEREF _Toc146961376 \h25 3.3.1结合能...PAGEREF _Toc146961377 \h25 3.3.2热力学稳定性...PAGEREF _Toc146961378 \h29 3.3.3原子结构...PAGEREF _Toc146961379 \h32 3.3.4态密度...PAGEREF _Toc146961380 \h34 3.4本章小结...PAGEREF _Toc146961381 \h35 第四章金属间化合物表面氧化的第一性原理热力学研究...PAGEREF _Toc146961382 \h37 4.1引言...PAGEREF _Toc146961383 \h37 5.1计算方法和模型...PAGEREF _Toc146961384 \h37 5.2干净表面...PAGEREF _Toc146961385 \h39 5.3持久的完全的选择性氧化...PAGEREF _Toc146961386 \h41 5.4非持久的部分选择性氧化...PAGEREF _Toc146961387 \h42 5.5广义的热力学微观氧化机理...PAGEREF _Toc146961388 \h44 5.6本章小结...PAGEREF _Toc146961389 \h44 第五章两相复合材料NbNb5Si3氧化的第一性原理热力学研究...PAGEREF _Toc146961390 \h46 5.1引言...PAGEREF _Toc146961391 \h46 6.1计算方法和模型...PAGEREF _Toc146961392 \h47 6.2复合材料NbNb5Si3的干净表面...PAGEREF _Toc146961393 \h49 6.3复合材料NbNb5Si3的选择性氧化...PAGEREF _Toc146961394 \h51 6.4复合材料NbNb5Si3界面溶解氧...PAGEREF _Toc146961395 \h55 6.5复合材料NbNb5Si3的内氧化...PAGEREF _Toc146961396 \h57 6.5两相复合材料氧化的热力学框架...PAGEREF _Toc146961397 \h59 6.5本章小结...PAGEREF _Toc146961398 \h60 第六章Al对复合材料NbNb5Si3氧化影响的第一性原理热力学研究...PAGEREF _Toc146961399 \h61 6.1引言...PAGEREF _Toc146961400 \h61 7.1计算方法和模型...PAGEREF _Toc146961401 \h61 7.2表面偏析能和稳定性...PAGEREF _Toc146961402 \h63 7.3结合能...PAGEREF _Toc146961403 \h65 7.4原子结构...PAGEREF _Toc146961404 \h67 7.5态密度...PAGEREF _Toc146961405 \h70 7.6本章小结...PAGEREF _Toc146961406 \h73 第七章第一性原理热力学的太阳能电池材料的稳定性、结构和光学性质研究...PAGEREF _Toc146961407 \h74 3.1引言...PAGEREF _Toc146961408 \h74 3.2计算方法与模型...PAGEREF _Toc146961409 \h75 3.2.1密度泛函理论计算和模型...PAGEREF _Toc146961410 \h75 3.2.2能量学和混溶性...PAGEREF _Toc146961411 \h76 3.3结果与讨论...PAGEREF _Toc146961412 \h76 3.3.1能量与混溶性...PAGEREF _Toc146961413 \h76 3.3.2几何结构...PAGEREF _Toc146961414 \h78 3.3.3光学性质...PAGEREF _Toc146961415 \h79 3.4本章小结...PAGEREF _Toc146961416 \h81 第八章高熵金属碳化物的相稳定性和力学性能第一性原理热力学研究...PAGEREF _Toc146961417 \h86 4.1引言...PAGEREF _Toc146961418 \h86 4.2计算细节与模型...PAGEREF _Toc146961419 \h87 4.3结果与讨论...PAGEREF _Toc146961420 \h89 4.3.1能量学和??δ判据...PAGEREF _Toc146961421 \h89 4.3.2几何结构...PAGEREF _Toc146961422 \h91 4.3.3力学性质...PAGEREF _Toc146961423 \h91 4.3.4电子结构...PAGEREF _Toc146961424 \h95 4.4本章小结...PAGEREF _Toc146961425 \h96 第九章高熵金属二硼化物的相稳定性和力学性能第一性原理热力学研究...PAGEREF _Toc146961426 \h108 4.1引言...PAGEREF _Toc146961427 \h108 4.2计算细节与模型...PAGEREF _Toc146961428 \h109 4.3结果与讨论...PAGEREF _Toc146961429 \h110 4.3.1能量学和混溶性...PAGEREF _Toc146961430 \h110 4.3.2几何结构...PAGEREF _Toc146961431 \h112 4.3.3机械性能和熔点...PAGEREF _Toc146961432 \h113 4.4本章小结...PAGEREF _Toc146961433 \h116 第十章组分和压力导致的弛豫铁电体的第一性原理和朗道热力学研究...PAGEREF _Toc146961434 \h128 4.1引言...PAGEREF _Toc146961435 \h128 4.1复合钙钛矿的的晶体参数设置和几何优化...PAGEREF _Toc146961436 \h128 4.3结果和讨论...PAGEREF _Toc146961437 \h129 3.2 BZT和PZT铁电材料晶体的几何结构...PAGEREF _Toc146961438 \h129 3.3 BZT和PZT铁电材料晶体的电子结构...PAGEREF _Toc146961439 \h132 3.4 PMN和PZN弛豫铁电体的性能比较...PAGEREF _Toc146961440 \h135 4.1 La含量对PLZT弛豫铁电材料的影响...PAGEREF _Toc146961441 \h136 4.2不同La含量PLZT弛豫铁电材料的电子结构...PAGEREF _Toc146961442 \h138 4.3 PLZT弛豫铁电材料的压力效应...PAGEREF _Toc146961443 \h138 4.4高压下PLZT弛豫铁电材料的电子结构...PAGEREF _Toc146961444 \h140 4.3.4 MPCCS模型...PAGEREF _Toc146961445 \h141 4.3.4高机电性能：MPCCS与朗道热力学理论...PAGEREF _Toc146961446 \h141 3.5本章小结...PAGEREF _Toc146961447 \h144 第五章弛豫型铁电体Ba1?xCaxZryTi1?yO3的第一性原理和朗道热力学研究...PAGEREF _Toc146961448 \h150 4.1引言...PAGEREF _Toc146961449 \h150 4.2.计算方法和模型...PAGEREF _Toc146961450 \h151 4.3结果和讨论...PAGEREF _Toc146961451 \h152 4.3.1能量与结构...PAGEREF _Toc146961452 \h152 4.3.2电子结构...PAGEREF _Toc146961453 \h154 4.3.3成分相图和MPCCS模型...PAGEREF _Toc146961454 \h155 4.3.4 MPCCS与其他模型的高机电性能和联系...PAGEREF _Toc146961455 \h156 4.4本章小结...PAGEREF _Toc146961456 \h158 第十一章铜氧化物超导体的第一性原理和朗道热力学研究...PAGEREF _Toc146961457 \h165 3.1引言...PAGEREF _Toc146961458 \h165 3.2计算方法与模型...PAGEREF _Toc146961459 \h167 3.3结果与讨论...PAGEREF _Toc146961460 \h168 3.3.1 La2-xSrxCuO4(LSCO)铜氧化物的能量和磁性...PAGEREF _Toc146961461 \h168 3.3.2几何结构...PAGEREF _Toc146961462 \h169 3.3.3电子态密度...PAGEREF _Toc146961463 \h171 3.3.4电子能带结构...PAGEREF _Toc146961464 \h173 3.4本章小结...PAGEREF _Toc146961465 \h183 第十二章铁基超导体的第一性原理和朗道热力学研究...PAGEREF _Toc146961466 \h190 3.1引言...PAGEREF _Toc146961467 \h190 3.2计算方法与模型...PAGEREF _Toc146961468 \h191 3.3结果与讨论...PAGEREF _Toc146961469 \h192 3.3.1结构与磁性相变...PAGEREF _Toc146961470 \h192 3.3.2几何结构...PAGEREF _Toc146961471 \h193 3.3.3电子态密度...PAGEREF _Toc146961472 \h195 3.3.4平带和陡带...PAGEREF _Toc146961473 \h198 3.4本章小结...PAGEREF _Toc146961474 \h203 总结与展望...PAGEREF _Toc146961475 \h213