结合能-铍 钨合金的表面结合能

材料科学是国际热核实验反应堆(ITER)项目中的一个重要问题。钨被考虑用于偏滤器，也可能用于面向等离子体的第一壁板，以及铍将被用作ITER的第一墙材料。因此物理化学性质金属铍和钨在WallDYN等代码中，包含混合材料和合金是侵蚀、迁移和沉积建模所需的基本输入数据，ERO或SDTrimSP为了深入了解像BeD这样的过程x形成和溅射。需要研究混合材料，因为反应器中的第一壁材料经受溅射、传输和沉积。虽然对表面结合能的了解加深了对材料迁移的理解，特别是对溅射作为主导过程的理解，但单是DFT建模不能提供所有必要的信息，因为溅射的一些关键方面(衬底温度、氘核通量和冲击能分布)没有得到解决。后一种参数对混合材料和合金的生产也很重要，这是由通量平衡和衬底温度控制的。事实上，已知W穿透Be是一个放热过程，伴随着Be₁₂W的形成(温度高于1000 K)，而Be穿透W表面是一个吸热过程，其中Be在W上形成薄膜，Be₂W合金的形成(温度高于670 K)仅限于界面。前者可以发生在限流器，后者可以发生在分流器。为了量化这些过程和新兴合金的性能，需要对Be和W混合材料进行分析和测试。通过密度泛函理论计算获得了铍和钨原子在合金Be₂W和Be₁₂W的表面上的结合能。获得的铍值为4.08–5.63 eV，钨为6.81–10.04 eV。铍的解析力场一致，但其钨表面原子的结合力太强。Be和W在Be₁₂W表面上的表面结合能分别比纯Be和W表面上的小。钨含量较高，即Be₂W，情况更加复杂。与纯金属表面相比，这种合金的某些表面的表面结合能增强，而另一些表面的结合能降低。内聚能对摩尔分数的依赖性遵循线性关系^[1]。

[1]Michael Gyoeroek. Alexander Kaiser. Ivan Sukuba. et al. Surface binding energies of beryllium/tungsten alloys[J]. Journal of Nuclear Materials. 2016,  472: 76-81.

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