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Title: First-principles studies of the electronic and mechanical properties of 𝛼-Al/𝛾-Al2O3(111) multilayer composite
Authors: Pinto Esparza, Henry Paúl
Vásconez López, Edwin Marcelo
Keywords: Estudios iniciales
Teoría de la densidad funcional
γ-Alúmina
Aluminio
Compuesto multicapa
Interfaz.
First-principles studies
Density-functional theory
Aluminum
Multilayer Composite
Interface
Issue Date: Apr-2020
Publisher: Universidad de Investigación de Tecnología Experimetal Yachay
Abstract: La fase γ-Alúmina (γ-Al2O3) se utiliza en las industrias electrónicas, automotrices y de catálisis debido a sus interesantes propiedades electrónicas y mecánicas. Estudios recientes encontraron que la multicapa α-Aluminio/γ-Alúmina (α-Al/γ-Al2O3) muestra una mejora de sus propiedades mecánicas en comparación con capas individuales. Sin embargo, la estructura atómica real de γ-Al2O3 es poco conocida y ha motivado una gran cantidad de estudios experimentales y teóricos. La presente investigación comenzó considerando la estructura sólida de γ-Al2O3 que ya se predijo utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT). Curiosamente, este modelo teórico predijo la descomposición de γ-Al2O3 (110) a nanofacetas (111) y esto ha sido verificado experimentalmente. El conocimiento sobre estas superficies se aplicó en la construcción de cuatro modelos atómicos para la multicapa α-Aluminio/γ-Alúmina. El estudio consideró la reconstrucción de la interface metal/óxido; cuya estructura se resolvió utilizando una simulación de recocido. Las propiedades electrónicas y mecánicas fueron calculadas para las estructuras multicapa más estables y se analizaron en base a los datos experimentales disponibles. Las propiedades electrónicas mostraron que el compuesto adquiere un comportamiento metálico. Las simulaciones presentadas en este trabajo predicen una mejora de las propiedades mecánicas en los modelos multicapa en buen acuerdo con los resultados experimentales.
Description: The γ-Alumina (γ-Al2O3) phase is mainly used in the catalysis, electronics and automotive industries due to its interesting electronic and mechanical properties. Recent experiments on multilayered α-Aluminum/γ-Alumina (α-Al/γ-Al2O3) are found to exhibit improvement of the mechanical properties in comparison with individual layers. However, the actual atomic structure of γ-Al2O3 is slightly known and has motivated a large number of experimental and theoretical studies. The proposed research will start considering the γ-Al2O3 bulk structure that was already predicted using density-functional theory (DFT). Interestingly, this theoretical model predicted the decomposition of the γ-Al2O3(110) surface to (111) nanofacets and has been already confirmed experimentally. The knowledge on these surfaces is applied in the construction of four atomic models for α-Al/γ-Al2O3(111) multilayer. The study will consider the atomic interface reconstruction of the metal/oxide interface; which structure will be resolved using simulated annealing. The electronic and mechanical properties of the most stable multilayered structures obtained will be computed and analyzed in the light of available experimental data. The electronic properties showed that the composite acquires a metal-like behavior. The simulations presented in this work predict an enhancement of the mechanical properties in the multilayered models in good agreement with previous experimental results.
URI: http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/148
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