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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

氧化锆具有高强度、高韧性、耐磨性好、导热系数低等性质，在制造结构陶瓷和功能材料等方面有广泛应用。氧化锆因其高熔点及高温化学性质稳定的性质，常被用于耐火纤维、坩埚、窑炉材料。氧化锆还有高强度高韧性特质，被广泛应用于结构陶瓷、功能陶瓷如：氧化锆陶瓷轴承、氧化锆陶瓷阀门、氧化锆陶瓷刀具、氧化锆研磨材料、氧化锆通讯材料等等。此外，氧化锆还可以与其他材料如氧化铝、莫来石等材料形成复相材料，得到比单相材料具有更优异性能的新材料。

常压下纯的氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，高温为四方晶系，更高温度下为立方晶系。

应用基于密度泛函理论的赝势-平面波法（pp-pw）的相关软件可以模拟优化四方二氧化锆的晶格参数，并且计算其弹性常数，对四方二氧化锆的性质做进一步具体细致的理论研究。

2. 研究的基本内容

1.晶体弹性常数。弹性常数描述了晶体对外加应变ε的响应的刚度。在应变很小的情况下，体系的内能与应变的大小存在二次线性关系，即胡克定律，弹性常数c_ij就是描述这种二次线性关系即二次线性项的系数。

2.四方二氧化锆的用途与特性。四方二氧化锆被广泛应用于耐火材料、结构陶瓷、功能陶瓷、复合材料等等，具有高强度、高韧性、耐磨性好、导热系数低等性质。

3.密度泛函理论与赝势-平面波法。密度泛函理论是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法。密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理计算材料学和计算化学领域最常用的方法之一。基于密度泛函理论的赝势平面波方法可以计算很大范围不同体系的基态属性，它采用了平面波来展开晶体波函数，用赝势方法作有效的近似处理。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

2016年9月-2016年10月：学习matstudio软件中castep及相关模块计算晶胞晶格参、弹性常数数等操作和应用。

2016年10月-2016年12月：研究弹性常数相关理论及电子结构计算相关理论，了解四方二氧化锆的特性、应用等。

2017年1月-2月：填写任务书，指导教师审核，并对四方二氧化锆晶格参数、弹性常数进行模拟和计算。

4. 参考文献

[1] gao longzhu, chen hongling , xu nanping. synthesis of zro2 nano-powders with pure tetragonal phase by low temperature hydrothermal method. journal of chemical industry and engineering (china), 2003

[2] 郭进武, 李欣, 张军, 彭伟涛, 郭彦辉, 宋帮才. 表面活性剂辅助水热法合成纳米四方相氧化锆. 河南科技大学学报:自然科学版, 2011

[3] sternik m, parlinski k. lattice vibrations in cubic, tetragonal, and monoclinic phases of zro2. the journal of chemical physics, 2005