Nb对C-15结构V_2(HfZr)系列的超导转变温度的影响

本文中研究了C-15结构V_2Hf_(1-x)Nb_x,V_2Zr_(1-x)Nb_x和V_2Hf_(0.5)Zr_(0.5-x)Nb_x系列的超导转变温度T_c与Nb合量x的关系,发现V_2Zr,V_2Hf加Nb后与V_2Hf_(0.5)Zr_(0.5)加Nb后性能显著不同。测定了V_2Zr,V_2Hf和V_2Hf_(0.5)Zr_(0.5)的X射线光电子能谱。结果表明,当Hf原子和Zr原子共存于AB_2化合物的A位上时,发生了一种增强原子间相互作用的新的电荷转移。这个事实支持由角动量分波表象能带论方法分析电声耦合超导原理的结果对四元V_2(HfZrNb)系列的超导行为提出的一种可能解释:4d-5d原子配位可能有助于提高4d导带的杂化程度,从而有利于提高超导T_c。     

Ta对C—15相V_2Hf和V_2(Zr_(0.5)Hf_(0.5))系列声子性能的影响

本文用中子飞行时间方法对C-15相的超导材料V_2Hf,V_2Ta和V_2Hf_(0.8)Ta_(0.2)以及V_2Zr_(0.5)。Hf_(0.5)和V_2Zr_(0.5)Hf_(0.33)Ta_(0.17)的热中子非弹性散射谱作了测量,并计算出相对的广义声子态密度。结果与早先发表的Nb对C-15相V_2Zr和V_2(Hf_(0.5)Zr_(0.5))系列声子性能的影响一致:声子频率随超导转变温度T_c增加而软化,随T_c减小而硬化。这表明,对于此类材料弹性软化在一定程度上对提高T_c起了作用。结果还进一步表明V_2Zr或V_2Hf与V_2(Zr_(0.5)Hf_(0.5))之间有着质的差别,V_2Hf加Ta后,T_c增加,声子频率软化,而V_2(Zr_(0.5)Hf_(0.5))加Ta后,T_c减小,声子频率则略有硬化。这与V_2Zr和V_2(Hf_(0.5)Zr_(0.5))加Nb的结果是一致的。此结果可以用角动量分波表象的能带论方法分析电-声耦合相互作用得出的杂化理论来定性解释。     

Ti1－x(Hf0.919Zr0.081)xNiSn的制备及热电性能

采用固相反应法合成了单相的Ti_1-x(Hf_0.919Zr_0.081) _xNiSn (x＝0.00—0.15)，并用放电等离子烧结方法制备出密实块体材料. 研究 了Hf和Zr同时在Ti位上的等电子合金化对Ti基半Heusler化合物热电性能的影响规律. 结果 表明：少量的Hf和微量的Zr在Ti位上的等电子合金化，显著地降低了体系的热导率κ，同时 显著地提高了体系的Seebeck系数α. 组成为Ti_{0.85关键词： 半Heusler 固相反应 热电性能}     

Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体电学、力学和热学性能的理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)固溶体的晶格结构、结构稳定性、电子结构、力学和热学性质进行了系统的理论研究.研究结果表明:Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体具有金属性,都是热力学和力学稳定的脆性材料;Sn原子掺杂能在一定程度上提高材料的力学性能,当Sn原子掺杂浓度为0.75时有最大的体积模量,而掺杂浓度为0.5时有最大剪切模量.此外,Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体都具有较高的熔点和德拜温度,其中Ti_3AlC_2,Ti3(Sn_(0.25)Al_(0.75))C_2和Ti3(Sn_(0.5)Al_(0.5))C_2在室温下的晶格热导率均能达到40 W/(m·K)以上,是良好的导热性材料.     

C-15结构(Hf,Zr,Ta)V_2和(Hf,Zr,Nb)V_2合金超导转变的压力效应研究

本文研究了C-15结构化合物(Zr_(0.5)Hf_(0.5)-xTa_x)V_2(x≤0.2)和(Hf_(0.5)Zr_(0.5-x)Nb_x)V_2(x≤0.2)的超导转变温度T_c及其压力效应T_c/P。报道了实验方法与结果。与(Hf_(1-x)Ta_x)V_2和(Zr(1-x)Ta_x)V_2的情况不同,在(Zr_(0.5)Hf_(0.5-x)Ta_x)V_2中Ta的引入使常压下的T_c下降,然而T_c/P却大为提高。因此高压下Zr_(0.5)Hf_(0.45)Ta_(0.05)V_2的T_c反而比Hf_(0.5)Zr_(0.5)V_2更高。导出了一个基于角动量分波表象能带论方法的描述压力效应的新关系式。它指出导带电子波函数中的高角动量成分变化对T_c的压力效应影响比较重要。这个公式有助于理解上述复杂的实验现象,并能合理地解释某些元素(如Cs,Ba,La等)的T_c随压力剧增的事实。     

钽(Ta)的添加对V_2(HfZr)三元C15化合物超导转变温度的影响的研究

本文研究了四元C15结构化合物V_2(ZrHfTa)超导转变温度的变化规律.发现Ta对V_2(HfZr)超导转变温度T_c的影响与组分有关.在富Hf区和富Zr区,Ta的添加都使T_c升高.而在三元系T_c峰值组分的V_2(Hf_0.5Zr_0.5)附近,T_c随Ta含量增加而下降,这与V_2Hf、V_2Zr加Ta后T_c随Ta含量增加而上升的趋势正相反,测量了样品的低温电阻、低温比热,未发现该四元系存在标志相变的温度反常区. 运用由角动量分波表象的能带论方法分析电子-声子作用得出的杂化能带理论分析本实验结果,认为V_2Hf与V_2(Zr_0.5Hf_0.5)的本质差异和加Ta后T_c完全相反的变化可能与Hf、Ta原子封闭的4f壳层电子与Zr原子的4d导带的相互作用有关.在某些化合物中4d与5d元素的相互作用有利于导带中的d-f杂化,因而对提高T_C可能是有利的.     

Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2固溶体力学和热力学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,系统研究了Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2(x=0, 0.5, 1)固溶体的晶体结构、弹性性质以及热力学性能.研究结果表明,Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2体系均具有力学和热力学稳定结构,并且为脆性材料;Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2固溶体的力学性能随Si含量的增加而提高;Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2固溶体在室温下具有稳定的晶格结构和较高的晶格热导率,有望用于一些需要良好散热性能电子元器件的封装材料.     

(Bi1-x Agx)2(Te1-ySey)3粉体的机械合金化制备及其放电等离子烧结体的热电输运特性

采用机械合金化制备了n型(Bi1-x Agx)2(Te1-y Sey)3合金粉体,对其进行XRD分析表明Bi,Te,Ag,Se单质粉末,经2 h球磨后实现了合金化;SEM分析表明随着机械合金化时间延长粉体颗粒变得均匀、细小,颗粒尺寸在微米至哑微米数量级.采用放电等离子烧结制备了块体样品,研究了合金成分和球磨时间对热电件能的影响.结果表明材料的热电性能与掺杂元素有密切关系.Ag有利于提高功率因子和降低晶格热导率,球磨10 h的(Bi0.99Ag0.01)2(Te0.96Se0.04)3合金粉末的烧结块体具有最大的功率因子和最低的晶格热导率,并在323 K取得最高ZT值0.52.     

Ti_(n-m)Zr_mO_(2n)(n=2-7,0≤m≤n)团簇结构和稳定性研究

应用密度泛函理论中的B3LYP方法对Ti_(n-m)Zr_mO_(2n)(n=2-7,0≤m≤n)团簇的基态几何结构、相对稳定性和电子结构进行了理论研究.结果表明,与桥氧链接的Ti原子被Zr原子取代后形成的混合团簇较为稳定;在团簇尺寸一定的条件下(即n相同),随着Zr原子数m的增加,团簇的结合能基本呈线性增大,团簇的稳定性增强;Ti、Zr、O原子之间发生了电荷转移现象,形成了稳定的Ti-O-Zr键.     

Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的磁性和半金属性

利用第一性原理计算了Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的半金属性、磁性和电子性质.计算结果表明Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的原胞总磁矩和晶格常数随着x的增加而增加.由于过渡金属原子之间的直接杂化和sp电子的调节,原胞总磁矩和晶格常数随掺杂浓度x的改变而改变,并与Slater Pauling规则形成一定的差异.当Ni的掺杂浓度x=0.5时,Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa合金的费米面在自旋向下带隙的中间位置,因而可以判定Ti2Co0.5Ni0.5Ga将具有最佳的半金属稳定性.     

铁电单晶(K_xNa_(1-x))_(0.4)(Sr_yBa_(1-y))_(0.8)Nb_2O_6的光学性质和线性电光效应

本文介绍铁电单晶(K_xNa_(1-x))_(0.4)(Sr_yBa_(1-y))_(0.8)Nb_2O_6的光学性质和线性电光效应的测量。实验结果表明,这种晶体具有较大的光学双折射,透光范围由4000A到5.6μm。晶体具有低的线性电光调制的半波电压,其电光调制价值指数n_0~3·γ_c高达730×10~(-12)m/V,而激光损伤阈值为600MW/cm~2(4 pps),表明该晶体可作为较大功率激光调制使用的材料。     

Zr基金属玻璃电子输运性质的研究

在4—300K 的温度区间内,测量了金属玻璃 Zr_(100-x)Co_x(x=22,28,33.2)和Zr_(66.7)M_(33.3)(M=Fe,Ni,Cu)的电阻温度关系.实验指出,这两组典型的 Zr 基金属玻璃的电子输运性质,有着共同的规律性.分析表明,在10K80K 时,这种规律与现有的理论有较大的偏离,对这种偏离出现的可能起因作了讨论.     

(Bi0.5Na0.5)TiO3-Ba(Ti,Zr)O3 陶瓷的电性能研究

采用氧化固相法制备了(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBa(Ti0.95Zr0.05)O3(BNT-BZT)陶瓷,其中掺入量x的值分别为0,0.04,0.05,0.06,0.07.研究了BNT-BZT体系陶瓷的准同型相界以及陶瓷材料的微观结构和性能之间的关系,并探讨了陶瓷的介电性能和铁电等性能.通过探究Ba(Ti,Zr)O3(BZT)掺杂量对BNT 各性能的影响得出了当掺杂量x=0.05得到结构较为致密,介电,铁电性能较好的样本,对工业化研究和生产有重要的意义     

n=2 Ruddlesden-Popper Sr_3B_2Se_7(B=Zr,Hf)非常规铁电性的第一性原理研究

近年来,层状钙钛矿材料中存在的非常规铁电性为新型铁电体设计提供了新的途径.基于第一性原理,本文系统研究了具有Ruddlesden-Popper (RP)(n=2)结构的Sr_3B_2Se_7 (B=Zr, Hf)化合物的基态结构、电子结构和非常规铁电性.研究表明, Sr_3B_2Se_7 (B=Zr, Hf)基态均为具有A2_1am极性相的直接带隙半导体;其非常规铁电性来源于BSe_6八面体的两种旋转模式的耦合.而且,因具有较强的铁电极化值与可见光吸收带隙, Sr_3B_2Se_7 (B=Zr, Hf)有望成为新一代铁电光伏材料.     

Na_3Zr_(2-x)In_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)系统的组成、结构和离子电导的关系

用固相反应、X射线衍射、金相显微镜观察、测定比热和复平面阻抗谱的方法研究了Na_3Zr_(2-x)In_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)系统。 在此系统中存在两种固溶体:单斜固溶体(0≤x<0.8)和三方固溶体(0.8≤x≤1.8)。即从x=0.8的组成开始,NASICON型Na_3Zr_(2-x)In_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)固溶体的三方型相已稳定在室温,在加热过程中不再有相变出现。 对Na_3Zr_(2-x)M_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)(M=Y,Yb和In)系统的电导率进行了比较,并从结晶化学的角度进行了讨论。     

Mg_2Si_(0.3)Sn_(0.7)掺杂Ag和Li的热电性能对比

采用两步固相法合成了物相均匀的Mg_(2(1–x))Ag_(2x)Si_(0.3)Sn_(0.7)(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)和Mg_(2(1–y))Li_(2y)Si_(0.3)Sn_(0.7) (y=0, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08)热电材料,测试了室温物理性能和室温至773 K的热电性能,研究了不同掺杂剂的固溶度、微观结构、载流子浓度、电性能和热输运. X射线衍射图谱和扫描电子显微镜图像显示掺杂Ag和Li的固溶度分别为x=0.03和y=0.06.根据单抛物线模型, p型的Mg_(2(1–x))Ag_(2x)Si_(0.3)Sn_(0.7)和Mg_(2(1–y))Li_(2y)Si_(0.3)Sn_(0.7)的有效质量为1.2m0.对比结果表明:掺杂Ag或Li的最大载流子浓度分别达到4.64×1019 cm~(–3)和15.1×1019 cm~(–3);掺杂Li元素的样品有较高的固溶度、较高的载流子浓度和较高的功率因子PF约为1.62×10~(–3) W·m~(–1)·K~(–2);掺杂Li元素样品中较高的载流子浓度能够有效抑制双极效应,显著降低双极热导率; Mg_(1.92)Li_(0.08)Si_(0.3)Sn_(0.7)的最大ZT值0.54,比Mg1.9Ag0.1Si0.3Sn0.7的最大ZT值0.34提高了大约58%.根据Callaway理论,由于质量场波动和应变场波动增强声子散射,掺杂Ag和Li元素样品的晶格热导率比未掺杂样品明显降低.     

双金属掺杂M2@Si20(M=Ti, Zr, Hf)团簇结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)和相对论有效原子核势近似(RECP),对M2@Si20(M=Ti,Zr,Hf)团簇的几何结构和电子结构性质进行研究,发现内嵌的金属二聚体和十二面体硅笼构成了稳定的富勒烯结构。通过对团簇电子结构的分析,结果表明Si20团簇掺杂双金属后稳定性得到了提高。对团簇的电荷布局分析表明过渡金属原子(Ti, Zr, Hf)和硅笼之间发生了电荷反转。     

ThTiO_4~(-/0),Th_2TiO_6~(-/0)和ThTi_2O_6~(-/0)的电子结构和化学成键的密度泛函理论研究

本文采用B3LYP密度泛函理论方法,探究双核、三核掺杂钍氧簇体系ThTiO_4~(-/0)、Th_2TiO_6~(-/0)和ThTi_2O_6~(-/0)的几何构型、电子结构和化学成键等规律,并与等价电子体(TiO_2)-/0n(n=2,3)进行对比,研究掺杂效应对于掺杂体系的结构和成键等性质的影响.结果表明:掺杂钍氧簇与其等价电子体(TiO_2)-/0n(n=2,3)具有类似的键连方式.ThTiO_4~-中单电子占据的位置与Ti2O-4中单电子的所处位置类似,都是被两个金属原子共用,而Th_2 TiO_6~-,Th Ti_2O_6~-以及Ti_3O_6~-中的单电子均处于那个不含端氧的金属原子上.     

Al~(3+)/Mo~(6+)双离子取代ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)实现近零膨胀

采用固相烧结法制备了Zri_(1-x)Al_(2-x)V_(2-x)Mo_xO_7(0≤x≤0.9),并通过调整Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中的Zr~(4+)/V~(5+)离子替代量来实现近零膨胀,对于较小的x值(x≤0.3),材料保持了与ZrV_2O_7相同的立方相结构.随着Al~(3+)/Mo~(6+)替代量的增加,(Al/Zr)~-和(Mo/V)~+之间的库仑相互作用逐渐加强,这种库仑相互作用导致材料中未发生畸变的立方相晶体结构逐渐减少.当x≥0.7时,材料中立方相晶体结构完全消失.在425-750 K温度区间内,Zr_(0.5)Al_(0.5)M_(0.6)O_7展示出近零膨胀性质(-0.39×l0~(-6)K~(-1)).Zr_(0.5)Al_(1.5)V_(1.5)Mo_(0.5)O_7的低热膨胀性能可能与Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)部分替代引起部分晶体结构发生的畸变及其对未替代部分的晶格结构的影响有关.     

四元硫化物Cu2Zn(Ti,Zr, Hf)S4:一类新颖光伏材料

采用第一性原理电子结构方法研究了四价过渡金属Ti, Zr和Hf替代Cu₂ZnSnS₄(CZTS)中Sn原子以及Se替代S原子所得到的四元硫族化合物的电子结构、光学性质和晶体结构的稳定性. 实验上用Se替代CZTS中部分S得到的Cu₂ZnSnS_4-xSe_x(CZTSSe)作为光吸收材料, 可以进一步提高光伏效率. 我们计算表明用Se替代S后, CZTSe的价带顶明显下移, 并接近Cu(In, Ga) Se₂ (CIGS)价带顶位置. 与CZTSe的电子结构特征一样, Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄四元硫化物的价带顶与母体材料CZTS相比也向低能移动, 并接近CIGS价带顶位置. 由于高光伏效率要求窗口材料ZnO、缓冲层材料和光吸收材料的价带顶和带隙满足一定的渐进的变化关系, 因此可以预见用Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄作光吸收材料可以有效地提高甚至接近CIGS的光伏效率. 通过计算弹性常数和声子谱, 以及有限温度下第一性原理分子动力学模拟, 发现Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄的结构稳定性与CZTS相近. 进一步计算Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄与不同缓冲层间和窗口材料与缓冲层间的反射系数, 并讨论了ZnSe, In₂S₃, ZnS作为缓冲层材料和TiO₂作为窗口材料对光伏效率可能的影响.