立方晶系Ca_2Si声子色散和热力学性质的第一性原理计算（英文）

采用模守恒贋势和超软贋势两种方法分别计算立方晶系Ca_2Si的声子色散关系、声子态密度和热力学特性。运用线性响应方法和有限位移方法确定立方晶系Ca_2Si的声子色散关系和声子态密度,得到立方晶系Ca_2Si的声子振动模式是各向异性,且立方晶系的Ca_2Si是不稳定结构。在声子色散关系确定的基础上分别计算定容热容、焓、熵和自由能随温度的变化关系,得到Cv-T曲线在低温条件下符合德拜第三定律;当T=1000K时,立方晶系Ca_2Si的热熔Cv=21 J·mol~(-1)·K(-1);在高温条件下,随着温度的增加Cv→3R。通过分析声子色散、振动关系和热力学特性得到立方晶系Ca_2Si的振动系统由声子和电子组成。     

立方结构CaTiO3晶体物理性质模拟

本文运用GULP软件模拟计算了理想立方结构CaTiO3的力学、热学和声子性质.利用正交相结构CaTiO3的晶格结构数据(晶格常数和原子坐标)和晶体性质(弹性常数和高频介电常数)通过GULP的弛豫拟合技术得到理想立方结构CaTiO3的势参数.用该组势参数计算得到的结果和实验结果相吻合.在此基础上计算了理想立方结构CaTiO3的体弹模量、压缩率、杨氏模量、泊松率、弹性常数和高频介电常数.计算并详细分析了理想立方结构CaTiO3沿着高对称方向(X→R;R→M;M→G;G→R)的声子色散曲线和声子态密度.还计算了温度范围为0～1000 K的热容和熵.     

P和Al掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软贋势方法,分别计算了立方相Ca2Si及掺杂P、Al的电子结构和光学性质.结果表明:立方相Ca2Si是带隙为0.55483 eV的直接带隙半导体,价带主要由Si的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca 的3d、4s和Si的3p态电子共同构成,静态介电常数为11.92474,折射率为3.45322.Ca2Si掺P后,Ca2Si转变为n型半导体,其带隙值是0.42808 V,价带主要由Si、Al的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca的3d、Al的3p、3s和Si的3p态电子构成.静态介电常数为7.92698,折射率为2.81549.掺Al后, Ca2Si转变为n型半导体,带隙值是0.26317 eV,费米面附近的价带主要由Si、P的3p和Ca的3d态电子构成,导带主要由Ca的3d 4s、P的3p、3s和Si的3p态电子构成.静态介电常数为17.02409,折射率为4.12603.掺P和Al均降低Ca2Si的反射率,提高Ca2Si的吸收系数,提高Ca2Si的光利用率.说明掺杂能够有效地改变Ca2Si的电子结构和光学性质,为Ca2Si材料的研发和应用提供理论依据.     

立方相Ca2Ge结构稳定性的第一性原理研究

采用贋势平面波中的GGA和LDA两种近似方法分别计算立方相Ca2Ge在-6~8 GPa应力作用下的弹性特性、布局分析、电子结构和(100)面的电荷密度,分析应力作用下立方相Ca2Ge的结构稳定性.计算结果表明,当应力在-6~8 GPa范围,立方相Ca2Ge具有较好的力学稳定结构,体弹模量B、剪切模量G和杨氏模量E随应力的增加而增加,体弹模量B的增长呈线性增加,而剪切模量G和杨氏模量E的增长速率随应力的增加而减小.根据Pugh准则,当应力小于4 GPa时,立方相Ca2Ge表现为脆性,应力大于等于4 GPa时,表现为延性.根据布局分析结果,随着压力的增加,Ca原子4s态电子向3d态跃迁,立方相Ca2Ge化合物在较高压力下存在共价键,离子性降低.能带结构和态密度计算结果表明,应力在-4~8 GPa范围,带隙值随应力的增加而成线性降低,在-6~0 GPa应力下,Ca s态电子未参与成键,随着应力的增加,各电子态的能带线宽度增加,态密度的峰值宽度增加,表明电子云的重叠越大,电子间的成键强度加强.分析立方相Ca2Ge(100)面的电荷密度,得出(100)面上最大电荷密度值随应力的增加而减小,最小电荷密度值随应力的增加而增加,说明(100)面上电子局域性随应力的增加而降低,电子云的重叠程度随应力的增加而增大,电子轨道半径增大,成键强度增强.     

P和Al掺杂立方相Ca_2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软贋势方法,分别计算了立方相Ca_2Si及掺杂P、Al的电子结构和光学性质。结果表明:立方相Ca_2Si是带隙为0.55483 eV的直接带隙半导体,价带主要由Si的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca的3d、4s和Si的3p态电子共同构成,静态介电常数为11.92474,折射率为3.45322。Ca_2Si掺P后,Ca_2Si转变为n型半导体,其带隙值是0.42808 V,价带主要由Si、Al的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca的3d、Al的3p、3s和Si的3p态电子构成。静态介电常数为7.92698,折射率为2.81549。掺Al后,Ca_2Si转变为n型半导体,带隙值是0.26317 eV,费米面附近的价带主要由Si、P的3p和Ca的3d态电子构成,导带主要由Ca的3d 4s、P的3p、3s和Si的3p态电子构成。静态介电常数为17.02409,折射率为4.12603。掺P和Al均降低Ca_2Si的反射率,提高Ca_2Si的吸收系数,提高Ca_2Si的光利用率。说明掺杂能够有效地改变Ca_2Si的电子结构和光学性质,为Ca_2Si材料的研发和应用提供理论依据。     

金刚石振动特性的分子动力学模拟

利用分子动力学的计算机模拟方法,分别采用Tersoff-Brenner势和Tersoff势研究了金刚石的振动特性及空位对金刚石振动特性的影响.结果表明,Tersoff势不能准确地描述金刚石的振动特性,而用Tersoff-Brenner势计算得到的金刚石态密度和拉曼谱图与实验结果符合得很好.空位使金刚石的振动特性发生了变化,在态密度和拉曼谱中金刚石峰的右边出现一个较强峰.     

La-W共掺杂对AgSnO2触头材料热性能影响的仿真分析

针对目前较少有学者通过共掺杂其他元素对AgSnO2触头热性能进行研究的现状.采用对SnO2晶体进行非掺、单掺La和共掺La-W元素的方法,通过密度泛函理论、第一性原理以及CASTEP软件对掺杂体系的热学性质进行理论计算,得到了不同掺杂情况下SnO2晶体的声子谱、声子态密度及分波态密度和相关热力学参量,对计算结果和曲线图进行了理论分析.结果 表明:当掺杂浓度为16.67;时,共掺杂La-W元素的SnO2体系声子谱未出现虚频,而单掺La元素体系出现了虚频,说明共掺杂体系较稳定.通过分析态密度图及分波态密度图可以得到,W原子混合掺杂后可有效改善La原子的振动情况.通过SnO2晶体热力学性质的分析,共掺杂后体系的熵、自由能以及焓的曲线有较好改善,为AgSnO2触头材料在恶劣环境下受到损害后恢复到原状提供了有利条件.且掺杂后晶体的热容明显大于未掺杂晶体的热容,说明La-W元素的掺杂极大的激活了分子的运动活性.     

基于散射单元的声子晶体振动带隙研究

硬质芯体及其包覆层构成的复合结构称为散射单元,散射单元按照特定的排列方式可以构成声子晶体.文章采用有限元方法分别计算了立方散射单元构成的一维声子晶体及简单立方结构三维声子晶体的振动特性,结果表明,两种声子晶体的振动带隙有较好的一致性,因此,对三维声子晶体振动带隙的研究可以简化为对一维声子晶体振动带隙的研究.叠加层数、芯体材料对一维声子晶体振动带隙的影响在文中进行了讨论.最后,声子晶体的振动特性测试结果验证了文中的结论.     

第一性原理研究硅酸钇晶体的电子结构和物理性质

基于第一性原理利用CASTEP软件系统地模拟计算了理想的单斜硅酸钇晶体的电子结构、光学、力学和热力学等物理性质.光学性质的计算结果表现出了与硅酸钇结构一致的各向异性,比较得到的力学性质与实验结果基本吻合,表明硅酸钇是一种良好的韧性与耐磨性材料.运用线性响应的方法确定了声子态密度,得出其热力学性质,如等容比热、熵和德拜温度,得到的热容值与实验值符合较好.     

二维声子晶体振动带隙的最佳参数分析

基于平面波展开法研究二维声子晶体振动带隙的最佳参数特性,数值计算基体为硅橡胶散射体为铝时正方格子和三角格子二维声子晶体的XY模式和Z模式的带隙特性,得到三角格子声子晶体更易形成较宽振动带隙.改变散射体材料特性,模拟得到散射体密度大的材料能够形成较宽带隙.研究结论对于声子晶体应用制作提供理论参考.     

Mg掺杂对CaMnO3基热电氧化物电子结构及电性能的影响研究

采用超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了Mg掺杂Ca位CaMnO3基复合氧化物的能带结构、电子态密度和电荷分布状况,在此基础上分析了Mg掺杂氧化物的电性能.结果表明,Mg掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756eV减小到0.734eV.CaMnO3氧化物和Mg掺杂CaMnO3氧化物的自旋态密度曲线极值点均位于为-0.8eV附近.Mg掺杂CaMnO3氧化物中Mn原子对体系费米面态密度的贡献有所减小,O原子和Ca原子对体系费米面态密度的贡献有所增大.Mg原子比Ca原子具有更强的释放电子的能力,Mg掺杂对于CaMnO3氧化物属于电子型掺杂.Mg掺杂CaMnO3氧化物导电性能增强,电性能提高.     

Mg2Sn机械性质及热电输运性能的第一性原理计算

窄带隙半导体材料Mg₂Sn具有丰度大、密度低、无毒及环境友好等特点,是中低温热电材料的优秀候选者。本文基于密度泛函理论,结合不同形式的电子交换关联能系统分析了Mg₂Sn晶体的弹性系数、声子振动谱和电子能带结构,并基于非平衡玻尔兹曼输运理论计算了Mg₂Sn的热电性能。结果表明,GGA-PBE作为电子交换关联能可以很好地拟合立方相Mg₂Sn的力学性能(声子振动谱无虚频率),其体弹性模量为42.1 GPa且各向同性。同时,当工作温度高于300 K,Mg₂Sn的德拜温度开始趋于平缓且不高于315 K,表明Mg₂Sn在该温度区域内具有低声子热导率。使用B3LYP作为电子交换关联能可以估算Mg₂Sn费米能级附近的电子结构,发现价带顶附近存在三重简并态。同时计算结果表明,Mg₂Sn p型掺杂下的热电优值(ZT值)优于n型掺杂,可达1.05。本研究结果为进一步优化Mg₂Sn热电性能的研究提供借鉴。     

Temperature variation of the phonon frequencies in V3Si along the [110] direction by the X-ray inelastic scattering

The investigation of the intensity of X-ray diffuse scattering by the lattice vibrations along the second-order symmetry axis in V₃Si single crystals is performed at different temperatures from 300 to 8 K and the phonon dispersion curves in this direction are determined. It is found that the phonon frequencies of all modes decrease with lowering temperature.     

磁性Fe3O4/膨胀石墨对亚甲基蓝的吸附性能研究

以膨胀石墨(EG)为载体,采用简单的水热法,制备出磁性Fe3O4/膨胀石墨(MEG).采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对MEG的组成结构和形貌进行表征.以亚甲基蓝为目标污染物,探讨了溶液pH值、吸附时间、盐离子浓度和亚甲基蓝初始浓度对吸附性能的影响,并对吸附动力学和吸附等温线进行研究.结果表明:当亚甲基蓝初始浓度为50 mg·L-1,pH值为7,吸附时间为60 min时,对亚甲基蓝的去除率和吸附量分别为97.03;和48.52 mg·g-1,随着溶液中盐离子Na+和Ca2浓度的增加,MEG对亚甲基蓝的吸附性能降低;MEG对亚甲基蓝的吸附行为符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型.MEG可以使用磁铁进行分离回收,回收率达95.71;.5次吸附-再生后,吸附量仍较高为41.72 mg·g-1,说明MEG吸附剂具有较稳定的重复使用能力.     

Investigation of the growth processes from vapor phase of silicon carbide epitaxial layers: Thermodynamic analysis of the high temperature processes in the system Si‐C‐H‐Cl

In the present work are presented the results of the thermodynamic analysis of the interaction processes in the system Si‐C‐H‐Cl in the temperature interval 1000‐3000 K. The equilibrium pressures of the components in the system Si‐C‐H‐Cl with taking account the formation of the condensed phases C, Si and SiC have been determined. The optimal conditions giving the maximum yield of silicon carbide by pyrolysis of mixture of volatile compounds of carbon and silicon have been defined. The thermodynamic analysis of the examined system showed that the increasing of the content of hydrogen in the initial mixture allows to decrease the optimal temperature for obtaining of silicon carbide by the method of pyrolysis and essentially to increase its maximum possible yield. (© 2008 WILEY ‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Heat capacity of oxide glasses measured by AC calorimetry

Heat capacities of vitreous silica, and some binary and ternary silicate, borate, and phosphate glasses were measured in the temperature range from 300 to 840 K by AC calorimetry. In this method, the conditions of measurement, especially AC frequency and sample thickness, must be examined in order to measure the heat capacity with high accuracy, and thus, an optimum condition for measuring the heat capacity was investigated. The relationship between heat capacity and chemical composition was discussed in terms of the Debye model, which can be used for calculation of the heat capacity of atomic solids. We found that heat capacities of all the samples studied here scaled with the molar heat capacity at the Debye temperature have a similar magnitude and temperature dependence, from 300 K to the glass transition points. Based on this observation, we propose an empirical equation which is composed of separate contributions of the compositional and temperature dependence of the heat capacity.     

Effect of crystal disorder on linewidth of the Raman modes in GaS1‐xSex layered mixed crystals

The linewidths of Raman‐active intralayer compressional modes in GaS_1‐xSe_x layered mixed crystals (0 ≤ x ≤ 1) have been measured in the 10‐300 K temperature range to study the anharmonic effect as a function of compositional variation and temperature. It was found that the anharmonicity increases with an increase in substitutional disorder. The cubic (three‐phonon) processes with energy conservation is responsible for the anharmonic contribution to the broadening of the intralayer phonon lines with temperature. (© 2003 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

烧结温度对96Al2O3陶瓷力学性能及热导率的影响

采用CaO-MgO-SiO2为烧结助剂,采用无压烧结技术,研究了烧结温度对96Al2O3陶瓷热导率及力学性能的影响.采用阿基米德排水法、三点弯曲法、激光脉冲法、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析手段和设备,对烧结后陶瓷样品的密度、力学性能、热导率和微观组织结构进行了分析研究.研究结果表明:1600℃烧结的Al2O3样品的具有较好的导热性和力学性能,其热导率、密度、维氏硬度和抗弯强度分别为24.9W/(m·K),3.82g/cm3,(13.8±0.2)GPa,(362.9±26.9)MPa.     

Neutron-scattering study of the dynamics of ammonium in different phases of halides of K<Subscript>1−<Emphasis Type="Italic">x</Emphasis></Subscript>(NH<Subscript>4</Subscript>)<Subscript>x</Subscript>Hal mixed crystals

The effect of temperature and the concentration of ammonium on the lattice parameters and the amplitude-weighted phonon density of states in mixed salts of ammonium potassium halides is studied by neutron powder diffraction and incoherent inelastic neutron scattering. It is found that at 10 K incoherent inelastic neutron scattering spectra show four different excitation modes of ammonium: two resonant excitations below the cutoff energy of the phonon density of states of potassium halide and two localized excitations above the cutoff energy. The high-energy localized modes correspond to translational and librational vibrations of NH₄ ions in the crystal lattice. These modes are typical of ordered phases of ammonium halides.