稀土（Ce,Gd）掺杂CdS的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波法中的LDA+U的方法对稀土(Ce,Gd)掺杂CdS的光电性质进行了计算与分析. 结果表明: Ce, Gd掺杂后, CdS的晶格常数增大, 费米面附近的能带明显增多、变密, 禁带宽度有所增大. Ce和Gd的f态的强局域性使体系产生磁有序性. 稀土掺杂后CdS的静态介电常数增大而反射率明显降低. 以上结果表明稀土元素的掺入能有效调制CdS的光电性质.     

稀土(Ce,Gd)掺杂CdS的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波法中的LDA+U的方法对稀土(Ce,Gd)掺杂CdS的光电性质进行了计算与分析.结果表明:Ce,Gd掺杂后,CdS的晶格常数增大,费米面附近的能带明显增多、变密,禁带宽度有所增大.Ce和Gd的f态的强局域性使体系产生磁有序性.稀土掺杂后CdS的静态介电常数增大而反射率明显降低.以上结果表明稀土元素的掺入能有效调制CdS的光电性质.     

稀土元素Gd掺杂CeO_2(111)面储释氧性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,研究了Gd掺杂Ce O2改性材料应用于固体氧化物电池电解质时的表面储释氧性能.对比研究了三种表面覆盖率Ce1-xGdxO2(x=0,0.10,0.15)下掺杂元素Gd对Ce O2的晶体结构、电子结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响.计算给出了相应掺杂比例下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明:随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体表面对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构的变化;说明Gd掺杂会导致Ce O2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧,同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积.从理论的角度解释了Gd掺杂Ce O2改性材料在固体氧化物电解质应用中的优势.     

稀土掺杂CdTe太阳电池背接触层ZnTe的第一性原理研究

结合CdS/CdTe太阳电池背接触层的制备要求考虑, 利用基于密度泛函理论平面波超软赝势方法和广义梯度近似, 计算了未掺杂ZnTe、稀土Y、Gd掺杂ZnTe的能带和电子态密度, 得到了不同体系下系统总能和晶格常数. 研究表明, 稀土Y和Gd掺杂后ZnTe结构的稳定性均提高, 掺杂Y使ZnTe与CdTe的晶格匹配更好. 计算表明, 掺杂可使载流子发生简并, 掺Y比掺Gd电子有效质量小, 掺Y与掺Gd的载流子浓度数量级相同. 根据计算结果分析了稀土掺杂对ZnTe背接触层的影响. 关键词： ZnTe 稀土掺杂 第一性原理 太阳电池背接触层     

锂离子电池正极材料Li_2MnO_3稀土掺杂的第一性原理研究

掺杂是锂离子电池电极材料优化改性的一种有效的方法.稀土元素因其具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力,成为掺杂改性的重要选择.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素(La, Ce, Pr, Sm)掺杂的锂离子电池正极材料Li_2MnO_3的性质.通过稀土元素的掺杂, Li_2MnO_3材料的晶格常数和晶胞体积都有不同程度的增大.由于稀土原子的价态不同,导致掺杂后的Li_2MnO_3的电子结构性质不同. La掺杂的Li_2MnO_3表现出金属性,而Ce, Pr, Sm掺杂的结构为半导体性质,但带隙与未掺杂情况下相比有所减小. Li_2MnO_3中的Li离子迁移在La和Ce掺杂后展示出复杂的能垒变化.在远离稀土离子处,Li离子迁移势垒比未掺杂时减小,但在靠近稀土离子处则表现为势垒变化的多样性.当Li离子在离稀土离子最近的位置处进行迁移,势垒有明显的增加,这一结果与稀土离子周围的局域结构变化大密切相关.     

稀土元素(Ce/Pr/Nd)掺杂Mn_4Si_7的第一性原理计算

利用第一性原理,对稀土元素Ce、Pr或Nd掺杂Mn_4Si_7前后的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析.结果表明,掺杂后Mn_4Si_7晶格常数变大,禁带宽度明显减小,由于稀土元素特殊的4f层电子的影响,在费米能级附近出现了杂质能级.掺杂后Mn_4Si_7的介电函数虚部、吸收系数的主峰均出现红移,红外光区的光跃迁强度明显增强,光吸收系数和光电导率均增大.说明掺杂稀土元素Ce、Pr或Nd后改善了Mn_4Si_7在红外光区的光电性能.     

Ce~(3+)掺杂Gd_2O_3基闪烁玻璃的研究

实验用高温熔融法制备了Ce3+掺杂Gd2O3基闪烁玻璃样品,Gd2O3含量高达40mol%,测试了不同Ce3+掺杂浓度与Gd2O3基含量玻璃样品的密度、透过、发射、激发光谱及部分闪烁性能。研究了不同Ce3+掺杂浓度与Gd2O3基含量对玻璃样品密度及光谱性能的影响规律。结果表明:Gd2O3含量的增加不仅提高了玻璃的密度,有利于提高玻璃的辐射性能,还增大了玻璃的光碱度,增大Stokes位移,有利于提高闪烁光的发光效率;Ce3+浓度的提高增大了Ce3+间碰撞的几率,产生能量损失,表现出浓度淬灭效应。在Gd2O3基闪烁玻璃中,随Gd2O3含量增加激发峰的红移较小,高Gd2O3含量的氧化物玻璃中存在Gd3+→Ce3+能量转移机制,Gd3+离子可有效地向Ce3+离子传递能量,敏化Ce3+离子的发光。玻璃样品的衰减时间在17-37ns之间。Ce3+掺杂Gd2O3基闪烁玻璃有望在高能物理等领域中获得应用。     

纳米YAG∶Ce3+, Mn+(Mn+=Ca2+, Gd3+)荧光粉的结构与发光性能

当前商用白光LED器件中YAG∶Ce3+荧光粉的单一黄光发射,导致其缺乏红光限制了器件的应用和发展,在YAG∶Ce3+中掺杂其他离子是解决该问题的有效途径之一。采用溶胶凝胶法制备了系列单掺Ce3+,Ca2+和Gd3+的YAG纳米荧光粉。研究了离子掺杂量对荧光粉的物相、结构、形貌、粒度、发光性能及量子效率的影响,分析了发光机理。结果表明：制备的纳米荧光粉粒径为100～200 nm。Ce3+和Gd3+掺杂时均得到YAG纯相,但晶体结构膨胀,晶面衍射峰向小角度方向移动。样品结晶度随Ce3+和Ca2+(<0.025 mol)掺杂量增大变化不明显,随Gd3+则呈现逐步降低趋势。三种离子掺杂量增大时,Ce3+的晶格能上升,5d能级晶体场劈裂加剧;Gd系列荧光粉激发和发射光谱随掺杂量的增大发生红移,Ce和Ca系列则因掺杂量小表现不明显。荧光粉发光强度随Ce3+掺杂量上升先增大后减小,最佳掺杂量为0.06 mol;随Gd3+掺杂量增加逐步降低;随Ca2+掺杂量增大则急剧下降,0.03 mol掺杂量时荧光强度几乎为零,YAG晶体结构破坏,生成YAM和YAP相。研究的开展,将对后续纳米YAG荧光粉及其相关功能材料的进一步开发使用提供一定的理论依据和实践参考。     

稀土掺杂对LiFePO_4性能影响的第一性原理研究

掺杂是提高LiFePO_4体相电子电导率,优化其电化学性能的重要方法之一.稀土元素因具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力,成为掺杂改性的重要选择.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素(La,Ce,Pr)掺杂的锂离子电池正极材料LiFePO_4的性质.计算结果表明,稀土元素掺杂均不同程度地增加了 LiFePO_4的晶格常数和晶胞体积.在脱锂过程中,稀土掺杂后材料体积变化率明显减小,材料的循环性能提升,但电池能量密度下降.稀土掺杂使LiFePO_4由原来的半导体特性转变为金属特性,增加了材料的电子电导率.力学特性的计算表明稀土显著增加了 LiFePO_4材料的延展性.另外,La和Ce掺杂后的LiFePO_4在Li离子迁移过程中表现出复杂的能垒变化,在远离稀土离子处迁移势垒呈现出不同程度的减小,而在靠近稀土离子处迁移势垒起伏较大.与Ce掺杂相比,La掺杂造成的离子迁移势垒的变化程度更大,表明稀土离子掺杂对体系局域结构产生较大的影响.     

稀土Gd掺杂新型二维材料磷烯改性研究

本文采用第一性原理赝势平面波法, 计算并分析了稀土Gd掺杂磷烯的物理结构、电子结构、磁性以及光学性质. 计算表明: 在掺杂原子Gd附近引起了磷烯物理结构上的变化. 能带数量明显增多变密, 带隙变窄由0.921eV变为0.578eV. 同时, 由于Gd原子的4f和5d轨道电子两种自旋取向分布具有不对称性, 给体系引入了强磁性, 计算得到的自旋磁矩为7.470B. 磷烯材料的复介电函数是各向异性的, 同时可以得出磷烯材料在其它光学性质方面也是各向异性的. Gd掺杂后使材料的介电性能增强. 在紫外光的能量范围内, 不同极化方向上的反射率和损失函数的峰值降低, 说明Gd的掺入使材料对紫外光的敏感度有所减弱. 希望以上研究结果能为新型二维材料磷烯在光电和稀磁半导体材料的设计与开发方面提供理论依据.     

稀土元素Gd掺杂CeO2(111)面储释氧性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,研究了Gd掺杂CeO2改性材料应用于固体氧化物电池电解质时的表面储释氧性能。对比研究了三种表面覆盖率Ce1-xGdxO2 x= 0,0.10, 0.15下掺杂元素Gd对CeO2的晶体结构、电子结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响。计算给出了相应掺杂比例下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明：随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体表面对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构的变化;说明Gd掺杂会导致CeO2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧,同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积。从理论的角度解释了Gd掺杂CeO2改性材料在固体氧化物电解质应用中的优势。     

Sm3+在玻璃中的发光以及Sb6+、Ce6+、Gd3+对Sm3+发光性质的影响

本文研究了单掺(Sm3+,Ce3+、Gd3+.Sb3+、双掺(Sm3++Ce3+、Sm3++Gd3+,Sm3++Sb3+)和兰掺(Sm3++Gd3++Ce3+)约四十余种不同玻璃的发射谱和激发谱.探讨了玻璃成份和掺杂离子浓度对Sm3+发光性质的影响以及Ce3+,Gd3+、Sb3+、Ce3++Gd3+对Sm3+的敏化作用。     

第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Er, Gd两种稀土元素掺杂的ZnO结构, 对本征ZnO和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比. 由掺杂前后的结果分析发现,稀土掺杂的ZnO结构引入了由稀土原子贡献的导电载流子, 增强了体系的电导率, 费米能级上移进入导带. 研究表明由于稀土元素的掺入, ZnO结构在费米能级附近出现了杂质能带, 这是由稀土的4f态电子所形成. 同时, 纯净ZnO与Er-ZnO, Gd-ZnO和(Er, Gd)-ZnO的介电函数虚部有明显的差异. 在光学性质上, 掺杂ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都比纯净ZnO高, 能量损失峰出现红移现象. 关键词： ZnO 稀土 掺杂 第一性原理     

用于白光LED的Y_(3-x-y)Pr_xGd_yAl_5O_(12):Ce~(3+)荧光粉发光特性研究

以稀土氧化物为原料,采用高温固相法,分别合成了钆、镨、以及钆镨共掺杂的YAG…Ce荧光粉。用荧光分光光度计对这几种荧光粉的激发光谱和发射光谱进行测试。结果表明,这几种荧光粉可以被蓝光(455~470 nm)有效激发;掺杂不同浓度的Gd3+可以使YAG…(Ce,Gd)荧光粉发射光谱的中心波长向红光波段产生不同程度红移;YAG…(Ce,Pr)荧光粉发射光谱新增610 nm处发射峰;YAG…(Ce,Pr,Gd)荧光粉的发射光谱不仅新增610nm处的红峰而且有红移现象,这有效弥补了传统白光LED光谱中红光成份不足这一缺陷,对白光LED在高显色性要求领域的应用有重大的意义。     

纳米CdS/碳纳米管复合材料的光电特性

基于CdS良好的光学性质和单壁碳纳米管(SWCNT)优异的电子学性质, 制备了纳米CdS/SWCNT复合材料和纳米CdS/聚乙烯亚胺(PEI)功能化SWCNT复合材料, 并利用日光灯光源模拟太阳光研究了它们的光电性质. 结果表明, 纳米CdS/SWCNT复合材料呈现显著的负光电导现象, 而纳米CdS/PEI-SWCNT复合材料呈现强烈的正光电导现象. 用电子转移理论对这一结果进行了解释. 两样品在大角度弯折的情况下, 光电性质均基本没有变化. 因此, 纳米CdS/碳纳米管复合材料在光电领域, 尤其是新兴的柔性光电子学领域有着良好的应用前景. 关键词： 碳纳米管 CdS 光电材料 复合材料     

稀土（Y、Ce）掺杂β-FeSi2光电性质的第一性原理研究

基于第一性原理赝势平面波方法,对稀土(Y、Ce)掺杂β-FeSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明,Y 或Ce掺杂后β-FeSi2的晶格常数改变,晶胞体积减小。电子结构的计算表明,掺入稀土后β-FeSi2 费米面附近的能带结构变得复杂,带隙变窄;总电子态密度发生了变化,Y 的4d 轨道电子态密度和Ce的4f轨道电子态密度主要贡献给费米面附近。光学性质的计算结果表明,Y 或Ce 掺杂后β-FeSi2 的静态介电常数明显提高,介电函数虚部ε2 的峰值均向低能方向移动并且减弱,折射率n0 明显提高,消光系数k 的峰值减弱,计算结果为β-FeSi2材料掺杂稀土改性的实验研究提供了理论依据。     

稀土(Y、Ce)掺杂b-FeSi_2光电性质的第一性原理研究

基于第一性原理赝势平面波方法,对稀土(Y、Ce)掺杂β-Fe Si2的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明,Y或Ce掺杂后β-Fe Si2的晶格常数改变,晶胞体积减小。电子结构的计算表明,掺入稀土后β-Fe Si2费米面附近的能带结构变得复杂,带隙变窄;总电子态密度发生了变化,Y的4d轨道电子态密度和Ce的4f轨道电子态密度主要贡献给费米面附近。光学性质的计算结果表明,Y或Ce掺杂后β-Fe Si2的静态介电常数明显提高,介电函数虚部ε2的峰值均向低能方向移动并且减弱,折射率n0明显提高,消光系数k的峰值减弱,计算结果为β-Fe Si2材料掺杂稀土改性的实验研究提供了理论依据。     

稀土对金属纳米粒子-介质复合薄膜(Ag-BaO)光电发射性能的增强

用真空蒸发沉积的方法制备了掺杂稀土的金属纳米粒子介质复合薄膜(Ag-BaO薄膜).与不掺杂稀土的Ag-BaO薄膜相比,其光电发射能力提高了近40%.透射电镜分析表明,掺杂稀土后,Ag-BaO薄膜中的Ag纳米粒子明显细化、球化、密度增大.这表明Ag纳米粒子的细化,使得其在光作用下,光电子更容易通过隧道效应穿过界面位垒逸出,导致光电发射能力增强     

Ag,Zn掺杂对CdS电子结构和光学性质的影响

运用密度泛函平面波赝势方法和广义梯度近似, 对替代式掺杂Ag和Zn的闪锌矿CdS的超晶胞晶体结构、电子结构和光学性质进行了计算, 分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后CdS体系的介电函数和复折射率函数. 研究表明,掺有Ag的CdS晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率, 而Zn掺杂不改变CdS晶体载流子浓度; Ag, Zn掺杂体系光学带隙均变窄; 通过分析掺杂前后CdS晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理. 关键词： 密度泛函理论 Ag,Zn掺杂CdS 电子结构 光学性质     

稀土元素(Ce,Pr)掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算了稀土元素Ce,Pr掺杂GaN的晶格参数、能带、电子态密度和光学性质,使用LSDA +U的方法处理具有强关联作用的稀土4f态,并分析比较计算结果.计算表明:掺入Ce和Pr后的体系相比未掺杂的GaN晶格常数增大,带隙变窄,并分别在禁带中和价带顶附近引入了局域的杂质能级,该能级主要由Ce和Pr的4f电子提供;掺杂后都发生了磁有序化并产生磁矩;最后定性分析了掺杂前后介电函数和光吸收系数的变化,掺Ce的体系在介电函数和吸收系数的低能区出现了峰值,该峰的出现和禁带中的杂质能级到导带底的跃迁有关,而掺Pr的体系由于带隙变窄使介电峰和吸收边发生红移.