α和β-Si3N4的电子、光学及热力学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了α-Si₃N₄和β-Si₃N₄的晶体结构、电子结构、光学性质和声子谱,并对结果进行了理论分析.计算结果表明两种相都含有较强的共价键,均为绝缘体,且α-Si₃N₄的禁带宽度略大于β-Si₃N₄.计算获得的光学吸收系数表明α-Si₃N₄和β-Si₃N₄主要吸收紫外光,并二者的能量损失峰在24.4 eV附近.α-Si₃N₄和β-Si₃N₄的声子谱中均无虚频,表明二者的结构是稳定的.在0～1000 K范围内,α-Si₃N₄的热容约为β-Si₃N₄的两倍.本文的计算结果可以为Si₃N₄     

Cu掺杂LaMn1－xCuxO3体系的磁转变和导电行为研究

系统研究了LaMn_1-xCu_xO₃(x=0.05，0.10，0.20，0.30，0.40)体系的磁转变和导电行为.结果表明，在LaMnO₃反铁磁母体中掺杂极少量的Cu(x=0.05)使该体系在157K左右出现强的铁磁转变，随着Cu掺杂浓度的增加，居里温度逐渐降低，而铁磁性则是先增强后减弱.与磁特性相对应，样品的电阻率随着Cu掺杂浓度的增加表现出先减小后增大的特征，并且在整个测量温区内始终呈现绝缘体型导电行为——从顺磁绝 关键词： 1-xCu_xO₃')" href="#">LaMn_1-xCu_xO₃ 导电行为 磁特性     

机械合金化Fe100-xCux体系的X射线吸收精细结构研究

利用X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究机械合金化制备的Fe_100-xCu_x(x=0,10,20,40,60,70,80,100,x为原子百分比)合金中Fe和Cu原子的局域环境结构.对于Fe_100-xCu_x(x≥40)二元混合物,球磨160h后,Fe原子的近邻配位结构从bcc转变为fcc,但Cu原子的近邻结构保持其fcc不变.与之相反,在Fe₈₀Cu₂₀和Fe₉₀Cu₁₀(x≤20)合金中,Fe原子的近邻配位保持其bcc结构而Cu原子的近邻配位结构从fcc转变为bcc结构.XAFS结果还表明,fcc结构的Fe_100-xCu_x样品中Fe的无序因子σ(0.0099nm)比bcc结构的Fe_100-xCu_x中的σ(0.0081nm)大得多;并且在机械合金化Fe_100-xCu_x(x≥40)样品中Fe原子的σ(0.0099nm)比其Cu原子的σ(0.0089nm)大.这表明机械合金化Fe_100-xCu_x样品中Fe和Cu原子可以有相同的局域结构环境但不是均匀的过饱和固溶体,而是由Fe富集区和Cu富集区组成的合金.我们提出互扩散和诱导相变机理来解释在球磨过程中Fe_100-xCu_x合金产生从bcc到fcc和从fcc到bcc变化的结构相变 关键词： XAFS 100-xCu_x合金')" href="#">Fe_100-xCu_x合金 机械合金化     

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：     

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.     

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：}     

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     

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     

TiN和Ti1-xSixNy薄膜的微观结构分析

使用x射线衍射(XRD)、x射线光电子谱(XPS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和原子力显微镜（AFM）多种观测手段分析了TiN薄膜和Ti_1-xSi_xN_y纳米复合薄膜的微观结构.实验分析证明Ti_1-xSi_xN_y薄膜是由直径为3—5nm的纳米晶TiN和非晶Si₃N₄相构成，并且Ti_1-xSi_{x关键词： 纳米复合薄膜 自由能 表面粗糙度 TiN 1-x}Si_xN_y')" href="#">Ti_1-xSi_xN_y     

Ti-Si-N复合膜的界面相研究

为了揭示Ti_Si_N复合膜中Si₃N₄界面相的存在方式及其对薄膜力学 性能的影响 ，采用x射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、俄歇电子能谱仪和显微硬度仪对比研究了磁 控溅射Ti_Si_N复合膜和TiN/Si₃N₄多层膜的微结构和力学性能. 实 验结果表明 ，Ti_Si_N复合膜均形成了Si₃N₄界面相包裹TiN纳米晶粒的微结构. 其中低Si 含量的Ti_Si_N复合膜中Si₃N₄界面相的厚度小于1nm，且以晶体态 存在，薄膜 呈现高硬度. 而高Si含量的Ti_Si_N复合膜中的Si₃N₄界面相以非晶 态存在，薄 膜的硬度也相应降低. 显然，Ti_Si_N复合膜中Si₃N₄界面相以晶体 态形式存在 是薄膜获得高硬度的重要微结构特征，其强化机制可能与多层膜的超硬效应是相同的. 关键词： Ti－Si－N复合膜 界面相 微结构 超硬效应     

AlN/Si3N4纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN, Si₃N₄薄膜和不同调制周期的AlN/Si₃N₄纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si₃N₄层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si₃N₄层的厚度.当AlN层厚度为4.0nm、 Si₃N₄层厚度 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 应力场 超硬效应     

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。     

Mn位上Cu掺杂对La-Ca-Mn-O系统液氮温度磁电阻效应的影响

实验研究了Mn位上Cu掺杂对La_2/3Ca_1/3Mn_1-xCu_xO_y单相块材液氮温度磁电阻效应的影响.结果表明，在最佳掺杂(x≈0.15)的情况下，样品表现出非常明显的磁电阻效应，且磁电阻的主要变化发生在1T以下的低磁场下；当磁场增加到6T时，该样品的磁电阻效应比高达约5×10⁴%，相对于偏离最佳掺杂的样品，提高了近三个数量级. 关键词：     

La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3(x=0.15)系统低温下的电阻极小值现象及其起因

实验研究了La_2/3Ca_1/3Mn_1-xCu_xO₃(x=0和0.15)样品在温度远低于居里温度时的电阻随温度的变化行为.发现未加磁场时,Cu掺杂样品在低温下表现出电阻极小值行为.这一极小值现象在外加磁场后消失.基于Kondo理论,对实验观察进行了讨论,并作了定量的理论与实验的比较. 关键词：     

纳米非晶氮化硅键态结构的X射线径向分布函数研究

本文用X射线径向分布函数法研究了室温到1000℃不同退火条件下的纳米非晶氮化硅样品的微结构和键合特征。观察到占庞大体积百分数界面不是“gas-like”结构,而是与非晶纳米粒子不同的新的短程序结构。Si—N键长和最近邻原子配位数(CN)均比传统Si₃N₄小,并存在大量的Si悬键和不饱和键。纳米氮化硅与传统Si₃N₄饱和共价键不同,是含有大量非饱和键和悬键的非典型共价键结构。由于键配位的不饱和特征,纳米非晶氮化硅的分子式应写作Si_3-xN_4-y。纳米非晶氮化硅出现强极性与非饱和键和悬键有密切的关系。 关键词：     

Os1-xRexB4固溶体系的结构、力学和电子性质的第一性原理研究

利用第一性原理的计算方法,在维也纳从头计算模拟包(VASP)中计算了三种比例Re原子掺杂Os B₄的结构特征及稳定性、电子性质及力学性能.将P42/nmc相Os B₄中的Os元素进行Re元素的替代掺杂,并构建出Os_1-xRe_xB₄(x=0,0.0625,0.125,0.25)固溶体系的结构模型.结果表明:随Re含量的增高Os_1-xRe_xB₄的晶格常数和体积会略微增大,在x高于0.25后发生结构畸变;且P42/nmc-Os_1-xRe_xB₄(x=0,0.0625,0.125)的结构和热力学稳定;态密度主要来源于Os的5d电子和B的2s和2p电子,而Re原子的5d轨道电子对价带和导带态密度也均有贡献,并且随其含量的增高态密度峰值也增大;B-B键和B-Os键具有强共价相互作用是其具有较高的体积和剪切模量的主要原因.随着Re元素的浓度增加,结构的导电性和延展...     

无杂质空位扩散法造成InGaAsP/InP多量子阱结构带隙蓝移规律的研究

采用光荧光谱(PL)和光调制反射谱(PR)的方法,研究了由Si₃N₄、SiO₂电介质盖层引起的无杂质空位(IFVD)诱导的InGaAsP四元化合物半导体多量子阱(MQWs)结构的带隙蓝移。实验中Si₃N₄、SiO₂作为电介质盖层,用来产生空位,再经过快速热退火处理(RTA)。实验结果表明:多量子阱结构带隙蓝移和退火温度、复合盖层的组合有关。带隙蓝移随退火温度的升高而加大。InP、Si₃N₄复合盖层产生的带隙蓝移量大于InP、SiO₂复合盖层。而InGaAs、SiO₂复合盖层产生的带隙蓝移量则大于InGaAs、Si₃N₄复合盖层。同时,光调制反射谱的测试结果与光荧光测试的结果基本一致,因此,PR谱是用于测试带隙变化的另一种方法。     

新型石墨插层化合物HfC2结构与性质的第一性原理研究

在高压下,预测一种新型石墨插层化合物HfC₂.采用第一性原理方法对其在0 GPa下的结构和性质进行研究,分别采用GGA-PBESOL、GGA-PW91和LDA方法进行结构优化,得到的晶体学数据基本相同.弹性常数和声子谱计算证实其力学和晶格动力学稳定性,表明HfC₂在0 GPa下能够稳定存在.采用GGA-PBESOL方法计算得到HfC₂的体模量和剪切模量达到265 GPa和118 GPa,Pugh比k<0.57,是一种具有高体模量的韧性材料.HfC₂存在C-C、Hf-C共价作用,且具有金属特性和特殊层状结构,是其具有高体模量和韧性的原因.最后,对HfC₂在0~500 GPa内的键长、体模量、剪切模量、k值等进行研究,探索其力学性质随压力变化的规律.     

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     

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