金属间化合物Al₄Sr的力学与热力学性质揭秘：基于第一性原理的压力效应研究

摘要

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，系统探究了金属间化合物Al₄Sr在0～60 GPa压力范围内的结构稳定性、力学性能及热力学性质。结果表明：（1）力学性能：Al₄Sr的弹性常数在高压下满足机械稳定性条件，其体积模量随压力线性增长，而杨氏模量和剪切模量呈现3阶段变化趋势——0～20 GPa时线性上升，20～50 GPa时增速趋缓，50～60 GPa时则略微下降。通过体积模量与剪切模量比值（B/G>1.75）、泊松比及柯西压力分析，证实Al₄Sr在高压下为韧性相，且金属键合特征显著。（2）热力学行为：Al₄Sr的德拜温度随压力先升后降，与杨氏模量变化趋势一致；焓和熵随温度升高单调增加，而自由能随温度急剧降低。热容在低温区遵循T3规律，高温区则趋近杜隆–珀替极限，揭示了其原子振动模式与能量耗散的关联性。（3）应用潜力：研究通过微观性能计算，阐释了Al₄Sr作为镁合金强化相的机制，为开发低成本、高耐热性镁合金提供了理论依据。本研究不仅深化了对Al₄Sr高压行为的理解，也为新型轻量化材料的性能优化与设计提供了重要参考。