【摘要】 首先用密度泛函理论计算了Be2W和Be12W合金表面铍和钨原子的结合能。计算过程中使用了表面结合能的通用定义。

材料科学是国际热核实验堆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，铍将被用作ITER中的第一壁材料。Michael Gyoeroek等人[1]报道了表面结合能（SBE），即从Be2W和Be12W合金表面去除原子到真空的能量损失，并将其与纯Be和W表面的SBE进行了比较。实验中还将平面波密度泛函理论计算的SBE与分析键序势（ABOP）的SBE进行了比较。首先用密度泛函理论计算了Be2W和Be12W合金表面铍和钨原子的结合能。计算过程中使用了表面结合能的通用定义。

其中ES是具有清洁表面的平板的总能量，ES+V表示具有单个表面空位的表面平板的总能。有空位和没有空位的表面都是松弛的。Eatom是被移除物种的原子能。超晶胞的大小选择得足够大，以确保空位与其周期性图像之间的相互作用可以忽略，因为在所有三维中都应用了周期性边界条件。实验中还计算了内聚能Ecoh。它被定义为总体能Ebulk与每个原子的自由原子的能量之和Eatom（i）之间的差，公式如下所示。

数据结果可得铍的值为4.08e5.63eV，钨的值为6.81e10.04eV。铍的分析力场是一致的，但其钨表面原子的结合力太强。Be12W表面上Be和W的表面结合能分别略小于纯Be和纯W表面上的结合能。对于更高的钨含量，即对于Be2W，情况更加复杂。与纯金属表面相比，这种合金的一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] Michael Gyoeroek, Alexander Kaiser, Ivan Sukuba, Jan Urban, Kersti Hermansson, Michael Probst,

Surface binding energies of beryllium/tungsten alloys, Journal of Nuclear Materials, Volume 472, 2016, Pages 76-81.

 

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