不管是生活中，還是科學研究上，合金都是一個比較重要的領域。而合金中具有代表性的是Al-Sc合金，而研究合金的態密度是一個重要的方向。如果你是用於科研，希望這篇文章能幫到你。
鋁鈧合金
本文運用第一性原理平面波贗勢方法，通過廣義梯度近似（GGA），建立了Al2Sc的晶體模型並進行結構優化，最後計算了Al2Sc的態密度。本文屬於一個系列，這是第一篇，有興趣的請繼續關注，其中數據完全真實可靠。
Al-Sc合金概述
金屬鋁，屬於輕金屬，化學符號:Al,該元素在元素週期表的第三週期，與Na（鈉），Mg（鎂），Si（硅），P（磷）等同週期，故而Al的熔點低；在ⅢA族，與B（硼）,Ga（鎵），In（銦），Tl（鉈）同一族。
鋁和鈧在元素週期表中的位置
而對於鈧金屬來說，它從屬於3d型過渡金屬，Sc是它的化學符號，這種元素在元素週期表的第四周期ⅢB族，與Cr（鉻），Ti（鈦），Mn（錳），V（釩）等同週期，與La（鑭），Ce（鈰），Pr（鐠）等屬於同一族，所以鈧具有稀土元素兼過度元素的特性。
因此Al-Sc合金擁有耐高溫，耐腐蝕，高強度的優點，從而被廣泛運用於社會工業等方面，這也就展現了研究的前景和必要性。早在上一個世紀60年代初期，前蘇聯學者HAYMKИH等人就研究將Sc加入Al中，從此拉開了Al-Sc合金研究的第一頁（詳情見文末參考文獻[1]）。
鋁在工業上的應用，鋁鈧合金
在當今的航天工業，Al-Sc合金的高強、高韌、耐熱的優良特性正好非常符合航天材料的高要求，而實際上，未來含有Al-Sc合金的材料將會被廣泛運用於航海船舶材料技術、航天飛船材料、火箭導彈、核工業等新型尖端技術科學各方面。所以，研究Al-Sc合金的前景顯得非常可觀。
不過，迄今為止，沒有一個完整的研究體系來研究Al和Sc組成的合金，更有甚者是，目前研究的部分數據或理論存在著明顯的衝突，所以，Al-Sc合金的研究空間還比較廣闊。Al和Sc可以形成多種金屬間化合物，Al2Sc屬於其中一種，二元穩定相的其餘三種分別是AlSc、Al3Sc和AlSc2。
鋁合金管
Al2Sc的相關研究
然而，關於Al-Sc合金的製備，路貴民等人（詳情見文末參考文獻[2]）早在上世紀末期運用鋁熱還原法在nNaF·AlF3-KCl-NaCl熔鹽體系中加入Sc2O3，在相關大氣條件下，成功地獲得了Al-Sc合金，反應的最適溫度是1093 K。這種製備方法擁有Sc的最高含量達1%、Sc的收得率高達80%等優點。其他的製備方法還有對摻熔鍊法、混合法、壓團法、合金法、熔鹽電解法等等（詳情見文末參考文獻[3]）。
鋁熱還原法的實驗裝置
我國的Sc資源的儲存量是非常豐富的，不過，即使說我國的Sc金屬的含量是很豐富，但是我國在研究Al-Sc合金方面，不僅起點低，起步也是非常的晚。但是Al-Sc合金對於我國的軍用、民用以及國防等方面是非常有幫助而又非常重要的，這就顯得研究Al-Sc合金對於我國來說是很有必要的。雖然就目前來講我國的Al-Sc合金的研究的起步比較晚，但是隨著科學技術日益的更新，相信在不久的將來，我國對於Al-Sc合金的研究會越來越深入，其運用也將有一片更新更廣闊的天地。
鋁土礦
Al2Sc作為Al-Sc金屬間化合物二元穩定相中一種，基本沒有它的單獨的研究，就連其餘三種穩定相（AlSc，Al3Sc，AlSc2）的研究至今都沒有一個完完全全的理論體系。在現在的領域研究中，關於這幾種物質的探索，科學界基本都是把它們作為一個整體來研究。經研究表明（詳情見文末參考文獻[4]），這四種金屬間化合物的穩定性與溫度有關，在溫度從0 K逐漸升高時，Al2Sc的結構穩定性逐漸降低，但是Al2Sc的熱穩定性比其他三種好。
那你知道這種合金的態密度是什麼嗎？它所用到的計算方法稱為第一性原理，下一篇將會介紹第一性原理和態密度理論，請繼續關注！
參考文獻
[1]高彩茹，李晉霞，徐永昌，等.鋁-鈧合金的現狀及作為高溫耐熱合金的展望情況[J].黃金學報，1999,1（1）：34～37.
[2]路貴民，劉學山.冰晶石熔體中Al熱還原法制備Al-Sc合金[J].中國有色金屬學報，1999,9（1）:171～172.
[3]郭中正,甘國友,嚴繼康，等.鋁鈧合金的現狀與展望[J].雲南冶金，2005,34（3）：35～36.
[4]李燕峰，徐慧，張彪，等.Al-Sc金屬間化合物的電子結構及穩定性熱力學性質[J].中國有色金屬學報，2010,20,（5）:952～953.
文：鬥苗 2020.4.23
