β-Si3N4电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函的平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA)，计算了β相氮化硅(β-Si₃N₄)的电子结构和光学性质，得到的晶格常数、能带结构等均与实验结果较好符合.进一步还研究了β-Si₃N₄的光吸收系数以及禁带宽度随外压力的变化规律，为β-Si₃N₄材料在高压条件下的应用提供了理论参考. 关键词： β相氮化硅 电子结构 能带结构 光学性质     

β-C3N4,β-Si3N4和β-Ge3N4的能带结构

采用基于密度泛函理论的线性丸盒轨道原子球近似(LMTO-ASA)从头计算方法,研究了β-C₃N₄,β-Si₃N₄和β-Ge₃N₄的能带结构,得到了它们的能隙分别为:4.1751,5.1788和4.0279eV。对于β-C₃N₄,由于N的部分2p电子占据了非键轨道,禁带宽度较窄;对于β-Si₃N_{4关键词：}     

β-Si3N4电子结构和红外和拉曼频率的第一性原理研究

分别用PW91,B3LYP两种密度泛函方法和全电子高斯基组对β-Si₃N₄的几何结构进行全优化(包括晶格参数和原子坐标),结果和实验值符合良好. 同时计算了能带结构和态密度.在此基础上分别用上述两种方法计算了Γ点拉曼振动频率,并按对称性进行分类,将得到的11种拉曼活性模式的频率值与实验值以及其他文献值进行了比较,进一步确定了A_g模式为中等频率,值约459cm^-1. 计算结果表明 关键词： 振动频率 密度泛函理论 电子结构 3N₄')" href="#">β-Si₃N₄     

热压法制备多孔氮化硅陶瓷

以CaF₂作为α-Si₃N₄粉末的烧结助剂,同时充当多孔氮化硅陶瓷的造孔剂,采用热压烧结工艺在较低温度下制备多孔氮化硅陶瓷。研究烧结助剂的含量对多孔氮化硅陶瓷显气孔率、抗弯强度的影响,分析材料的组分并观察断口结构。结果表明：在温度1 450℃,压力0.55T的条件下,当CaF₂添加量为6.0wt%时,多孔陶瓷的性能较为优异,其孔隙率为38.8%,α-Si₃N₄→β-Si₃N₄的相变程度为38.5%,抗弯强度为137.1 MPa。     

Cu掺杂β-Si3N4的力学性能和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法研究了(Si_3-xCu_x)N₄(x=0,0.25,0.5,0.75,1)晶体的稳定性、力学性能和电子结构,分析了Cu掺杂对β-Si₃N₄力学性能的影响机制.结果表明,(Si_3-xCu_x)N₄为热力学稳定结构,Cu掺杂降低了β-Si₃N₄的稳定性.由弹性常数和Voigt-Reuss-Hill近似看出,(Si_3-xCu_x)N₄满足波恩力学稳定性判据,Cu掺杂使得β-Si₃N₄的体模量、剪切模量和杨氏模量降低,当x=0时,(Si_3-xCu_x)N₄的体模量、剪切模量和杨氏模量最大,分别为234.3 GPa、126.7 GPa和322.1 GPa.根据泊松比和G/B值判断出(...     

氮化硅薄膜的微结构

利用TEM,STM和PDS显微光度计研究了ECR-PECVD技术制备的Si₃N₄薄膜的微结构.结果表明：在较低沉积温度下，ECR-PECVD制备的Si₃N₄薄膜是一种纳米α-Si₃N₄薄膜，其晶粒粒度在14—29nm间，而且这种薄膜具有较好的表面平整度.初步分析了ECR-PECVD制备的Si₃N₄在较低沉积温度下形成晶态薄膜的机理. 关键词：     

微波等离子体化学气相沉积法制备C3N4薄膜的结构研究

采用微波等离子体化学气相沉积法,用高纯氮气(99.999%)和甲烷(99.9%)作反应气体,在单晶Si(100)基片上沉积C₃N₄薄膜.利用扫描电子显微镜观察薄膜形貌,表明薄膜由密排的六棱晶棒组成.X射线衍射和透射电子显微镜结构分析说明该薄膜主要由β-C₃N₄和α-C₃N₄组成,并且这些结果与α-C₃N₄相符合较好.由虎克定律近似关 关键词： 3N₄')" href="#">C₃N₄ 微波等离子体化学气相沉积法 薄膜沉积     

高温隐形材料SiBN陶瓷

已有的实验结果表明, 硅硼氮陶瓷材料具有非晶态的微观结构, 并且可在六方相氮化硅 (β-Si₃N₄) 的基础上得到较好理论模型. 本文通过同样方法建立硅硼氮陶瓷材料的理论模型, 并在此基础上进行分子动力学与密度泛函理论结合的计算研究, 得到其高温下光学性质的显著变化. 与氮化硅 (Si₃N₄) 的光学性质比较分析后发现, 低温下SiBN陶瓷对可见光甚至紫外及高频光吸收显著, 而高温下呈现对微米波的较好吸收和其他波段小于0.3的吸收系数; 低温下SiBN陶瓷的反射系数全波段接近0.1, 而高温下其反射系数可小至1%; 单晶Si₃N₄的光学性质则随温度升高几乎不发生变化. 这一结果表明SiBN陶瓷作为高温激光隐形材料的可能, 也为非晶材料光电应用指出一个新的方向. 关键词： 硅硼氮陶瓷 密度泛函理论 光吸收系数 反射系数     

高分辨电子显微镜研究α-Si3N4晶格缺陷

对于用MgO和LiF作为添加剂以热压法制备的α-Si₃N₄进行高分辨电子显微镜观察时,发现结构缺陷。观察到在三晶粒晶界处有分相现象,这表明晶界玻璃相化学成分不均匀。在晶粒中,由晶格变形和(100)晶面位移所引起应力区域时有发现。在有些区域晶格变形是如此严重,以致晶胞的六方对称性都失掉了。晶格的形变可借助于(100)晶面间距与正常值6.771?的偏离加以衡量。用高分辨电子显微镜,我们发现α-Si₃N₄存在辐射损伤,这可能 关键词：     

B,P掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质研究

运用第一性原理方法, 计算了B, P两种元素单掺杂和共掺杂的β -Si₃N₄材料的电子结构和光学性质. 结果表明: B掺杂体系的稳定性更高, 而P掺杂体系的离子性更强; 单掺和共掺杂均窄化带隙, 且共掺在禁带中引入深能级, 使局域态增强; 单掺杂体系介电函数虚部、吸收谱和能量损失谱各峰均发生红移、幅值减小, 而共掺后介电函数虚部主峰出现蓝移、能量损失峰展宽、高能区电子跃迁大大增强, 且控制共掺杂的B, P比例可获得较低的带电缺陷浓度.     

硼掺杂增强g-C3N4基单原子催化剂性能的第一性原理研究

单原子催化剂(SACs)以其最大的金属原子利用率和较高的催化活性而备受关注.本文提出了在Mn负载g-C₃N₄单层(Mn/g-C₃N₄)中进行B掺杂的方案来提升单原子催化剂的光催化活性,并利用第一性原理对Mn/B-g-C₃N₄单原子催化剂的晶体结构,电子结构,带边位置和光学性质进行计算.计算结果表明B掺杂具有较强的结构稳定性,带隙变小,同时带隙中出现杂质能级,导致吸收边向可见光区发生红移,提高了g-C₃N₄在太阳光下光吸收能力和光催化活性,研究结果为制备高效的g-C₃N₄基光催化SACs提供了理论指导.     

Hf-N体系的晶体结构预测和性质的第一性原理研究

为了寻找具有优异力学性能的新型超高温陶瓷材料, 结合进化算法和第一性原理, 系统研究了Hf-N二元体系所有稳定存在的化合物及其晶体结构. 除了实验已知的岩盐结构的HfN之外, 本文还找到了Hf₆N(R-3), Hf₃N(P6₃22), Hf₃N₂(R-3m), Hf₅N₆(C2/m)和Hf₃N₄(C2/m)五种新结构, 基于准简谐近似原理计算了这些稳定结构的声子谱以验证其动力学稳定性, 常温甚至更高温度下的吉布斯自由能以验证其高温热力学稳定性. 结果表明, 这些结构是动力学稳定的, 且在1500 K以下都是热力学稳定的. 同时, 本文还列出了在搜索过程中出现的空间对称性较高、能量较低的亚稳态结构, 包括Hf₂N(P4₂/mnm), Hf₄N₃(C2/m), Hf₆N₅(C2/m), Hf₄N₅(I4/m), Hf₃N₄(I-43d)和Hf₃N₄(Pnma). 之后计算了上述所有结构的力学性质(弹性常数、体模量、 剪切模量、 杨氏模量、硬度), 随着N 所占比例的增加, 硬度呈现的整体趋势是先增大后下降, 在Hf₅N₆处取得最大值, 为21 GPa. 其中Hf₃N₂和Hf₄N₅也展现出了较高的硬度, 都为19 GPa. 最后, 计算了这些结构的电子态密度和晶体轨道汉密尔顿分布, 从电子结构的角度分析了力学性能的成因. 研究结果显示, 较强的Hf-N共价键和较低的结构空位率是Hf₅N₆具有优异力学性能的主要原因.     

碳氮缺陷修饰g-C3N4/WS2异质结光催化性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法计算了四种不同g-C₃N₄/WS₂异质结的超晶胞结构、功函数、能带结构、态密度和吸收光谱,研究了不同缺陷对g-C₃N₄/WS₂异质结的电子结构和光催化性能的影响.发现g-C₃N₄/WS₂、g-C₃N₄/WS₂-V_1N、g-C₃N₄/WS₂-V_1N1C、g-C₃N₄/WS₂-V_1N2C均能形成稳定的异质结,g-C₃N₄/WS₂-V_1N1C和g-C₃N₄/WS₂-...     

C3N4/TiN交替复合膜的微结构研究

采用双阴极封闭型非平衡磁场dc反应磁控溅射离子镀制备C₃N₄/TiN复合交替膜,用X射线光电子能谱法分析了薄膜的组成,测量了薄膜的X射线衍射谱和氮化碳的透射电子衍射图像.氮化碳经氮化钛的强迫晶化作用,生成了β-C₃N₄和c-C₃N₄. 关键词：     

(α,β,γ)-Nb5Si3电子结构和光学性质研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用局域密度近似,计算了不同结构的α-Nb₅Si₃,β-Nb₅Si₃和γ-Nb₅Si₃的电子结构、态密度以及光学性质.计算结果表明,Nb₅Si₃费米能级附近价带主要是由Nb的4d轨道及Si的3s和3p轨道贡献,导带主要由Nb的4d轨道贡献;Nb₅Si₃的光学性质具有各向异性的特征,其零频介电常数ε₁（0）=207,折射率n₀=13;在15 eV以上的高能区表现为无色透明.     

Ga6N6团簇结构性质的理论计算研究

在密度泛函理论的基础上，对Ga₆N₆团簇进行了第一性原理、全电子、从头计算，得到了10种可能的三维空间结构及其电子结构.其中最稳定结构的一对GaN原子的平均结合能为9.748 eV，因此是可能存在的.但与他人计算的Ga₃N₃和Ga₅N₅相比，Ga₆N₆团簇可能不属于“幻数”团簇.最稳定结构的Ga₆N_{6 关键词： GaN 团簇 电子结构}     

GaxN2:Zn3-x薄膜的分子束外延生长及其光学和电子输运性能表征

本文采用分子束外延技术,通过对金属分子束的精确控制,在MgO(002)基底上成功生长了Ga_xN₂∶Zn_3-x合金薄膜.高分辨率单晶X光衍射仪表征结果表明Ga_xN₂∶Zn_3-x合金薄膜仍是以(400)Zn₃N₂为主导的复合晶体结构,对衍射数据的分析得到该薄膜晶粒尺寸小.用扫描电子显微镜和能谱射线分析仪对其表面和成分做了深入的分析和讨论,在固定的金属流量比的生长环境下,不同厚度的样品在成膜后x均为0.65,化学通式Zn_2.35Ga_0.65N₂.该结果表明Ga元素属于重度掺杂,同时也体现了分子束外延技术在共掺杂技术中的优越性.本文也测量并讨论了Zn_2.35Ga_0.65N₂薄膜的光学性能,实验得到的1.85 eV的光学带隙与理论推算基本吻合,说明Ga的掺入有Ga-N结构...     

Cu-N共掺β-Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,本文通过OTFG赝势方法计算了本征β-Ga₂O₃以及Cu-N共掺后β-Ga₂O₃的晶格常数、电子结构以及光学特性.计算结果表明本征β-Ga₂O₃的禁带宽度为4.5 eV;Cu和N掺入β-Ga₂O₃后属于受主杂质,并且引入了深受主能级,这表明Cu-N共掺后β-Ga₂O₃变为p型半导体材料;光学性质计算结果表明本征β-Ga₂O₃的静介电函数为2.5,掺杂后β-Ga₂O₃的静介电函数增大,对电荷的存储能力增强;此外,Cu-N的共掺对β-Ga₂O₃的吸收系数、反射率在能量较低的区域的影响较大,而对能量较高的区域影响较小.     

基于共掺杂调控C32多极矩的二阶非线性光学响应

基于密度泛函(DFT)理论,采用CAM-B3LYP方法,以C₃₂分子为多极矩构建骨架,设计了两类替位式共掺杂的富勒烯衍生物C₂₈B₂N₂和C₂₈B₂P₂,共16种同分异构体,并对它们的电子性质、线性极化率α和一阶超极化率β进行研究。结果表明,掺杂后分子的HOMO-LUMO能隙变小,C₂₈B₂P₂的α和β值均大于C28B2N2系列。其中偶极分子具有大的β值,八极分子则有较小的β值,筛选出具有优异的二阶非线性光学(NLO)响应特性的结构。含时密度泛函理论(TD-DFT)的结果表明,与C₃₂相比,掺杂后所有结构的吸收光谱的响应范围变宽,最大吸收强度减弱,且最大吸收波长的位置发生红移或蓝移。基于完全态求和(SOS)方法,分别用二能级或三能级公式解释了两类共掺杂结构中β值最大的来源,并且证明了与之有关的电子激发类型为π→π*激发。     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si₃N₄层厚度的AlN/Si₃N₄纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.研究了Si₃N₄层在AlN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si₃N₄随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si₃N₄纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关. 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 赝晶体 超硬效应