Effects of Single Vacancy on Electronic and Optical Properties for γ-Si3N4

基于密度泛函理论的广义梯度近似方法研究了中性单点缺陷γ-Si₃N₄的能量、电子结构和光学性质. N缺陷的结合能和形成能比Si(8)和Si(4)位的都低,显示γ-Si₃N₄中N缺陷更易形成. 分析了各种缺陷情况下相应的态密度. Si缺陷能形成p型半导体,N缺陷使材料形成间接带隙的n型半导体. Si缺陷情况下,物质有相对大的静态介电常数,在可见光区和红外区,吸收和反射得到显著改善,但是N缺陷却没什么影响.     

掺稀土元素(Y，La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函的平面赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA)，计算了未掺杂和掺杂稀土(Y，La)的γ-Si₃N₄中N-Y(La)键的布居值和它们的键长、掺杂后能带结构和态密度.发现掺杂后的带隙要减小，并且可能形成新的半导体，这将为找到新的半导体提供一个方向.还进一步研究了掺杂稀土(Y，La)后的光学性质，掺杂后有更高的静态介电常数，可以作为新的介电材料和好的折射材料，这对于一定的光学元件有潜在的应用前景.     

三明治结构Tan(B3N3H6)n+1 团簇的磁性和量子输运性质

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法, 本文对小尺寸团簇Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1 (n ≤ 4)的磁性和量子输运性质进行了系统的研究. 计算结果表明, 此类体系采用三明治结构作为其基态并且具有较高的稳定性. 体系的磁矩随团簇尺寸的增大而线性增大. 当把Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1团簇耦合到Au电极上时, 形成的Au-Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1-Au体系在有限偏压下展示出了较强的自旋过滤能力, 因而可以被看做是一类新型的低维自旋过滤器.     

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     

C3N4的高温高压同步辐射研究

利用激光加热金刚石对顶砧技术在高温高压条件下合成了纯beta相和立方相C₃N₄beta相C₃N₄所属对称群为P63/M (176).对石墨相与beta相C₃N₄的X射线衍射结果进行了精确分析, 得到优化晶胞参数.原位高压同步辐射X射线衍射分析表明, 在6GPa时由beta相到立方相C₃N₄的相转变已经发生, 之后两相共存直到19GPa时相变结束得到纯立方相C₃N₄.     

基于非金属掺杂g-C3N4的均匀B-C-N三相单层

基于第一性原理方法计算,通过在g-C₃N₄中掺杂C、B和N原子, 预测了四种元素均匀分布的B-C-N三元单层材料． 除了B₄-C₃N₄单层材料是一个具有1.18 eV带隙的半导体, 其余三种C-B-N三元单层材料都是金属材料．其中,B₃C-C₃N₄是铁磁金属,其净磁矩为0.57 μB/原胞,可用于构建自旋电子器件材料．计算的形成能显     

Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si₃N₄层在ZrN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响. 一系列不同Si₃N₄层厚度的ZrN/Si₃N₄纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备. 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. 结果表明，由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体，ZrN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶，并相应地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.     

ECR-PECVD制备Si3N4薄膜的光学特性研究

本文研究了ECR-PECVD制备的Si₃N₄薄膜的光学特性.得到的Si₃N₄薄膜具有光致发光效应,在280℃沉积制备的Si₃N₄薄膜的光致发光波长为400nm,具有较好的单色性.测试分析了Si₃N₄薄膜对可见光、红外光具有较高的透射性能,Si₃N₄薄膜可作为红外光的增速减反射膜.     

光腔衰荡光谱法测量大气中的NO3和N2O5

本文应用基于二极管激光器的双路光腔衰荡光谱技术，分别对大气中NO₃和N₂O₅浓度进行监测. 通过使用实验室标准样校正有效吸收腔长比R_L和系统的总损耗系数?，并获得了NO₃有效吸收截面. 该装置在时间分辨率为1 s时，对NO₃的测量灵敏度达到1.1 pptv，N₂O₅被在线转换成NO₃，从而被另一路光腔衰荡光谱装置探测. 利用该装置，对合肥市区冬季夜间大气中的NO₃，N₂O₅浓度进行了实时监测. 通过对比一次大气快速清洁过程中氮氧化物、臭氧、PM_2.5等组分的浓度变化，讨论了大气环境下可能影响NO₃及N₂O₅浓度的因素.     

高比表面积TiO2与g-C3N4复合材料的光催化性能及机理研究

本文通过简单的溶剂热法制备了g-C₃N₄与高比表面积的TiO₂复合材料,该方法操作简单且能耗低. 甲基橙降解实验结果表明,高比表面积的TiO₂有效提高了光催化活性. 光电化学测试结果表明,与g-C₃N₄复合后,TiO₂的电荷载流子迁移速率得到明显改善. g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂的光催化活性很强,在100分钟内,6%-g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂对甲基橙的降解程度可达92.44%. 6%-g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂不仅具有良好的光催化降解性能,还具有较高的稳定性. 本文对6%-g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂的光催化机理也进行了系统的研究.     

强冲击压缩条件下g-C3N4向β-C3N4直接转化

 为了合成出理论预言的具有致密结构的超硬材料C₃N₄,运用二级轻气炮加载和冲击回收实验技术,以富含N的g-C₃N₄为前驱物,在40~65 GPa压力下完成了冲击合成实验。在低于51 GPa压力时,X射线衍射分析表明,在回收样品中未发现有新相生成,说明g-C₃N₄是稳定的;而在51~65 GPa范围内,回收样品中有新相生成,与理论计算结果对照发现,新相为β-C₃N₄相,且不含其它结晶相。证实利用冲击合成方法将g-C₃N₄直接转化为单纯β-C₃N₄是可能的,对纯净的超硬相碳氮化合物的合成研究具有参考意义。     

Fe3O4@[Cu3(btc)2]磁性分散微固相萃取-液相色谱串联质谱法测定水样中四环素类抗生素残留

本文合成了磁性金属有机骨架材料Fe₃O₄@[Cu₃(btc)₂],并作为分散微固相萃取的吸附剂用于四环素类抗生素的富集. 对萃取的条件,包括萃取时间、溶液pH和洗脱溶剂对四环素类抗生素萃取效率的影响进行了研究. 结果显示Fe₃O₄@[Cu₃(btc)₂]可以有效富集四环素类抗生素,而四环素类抗生素与Fe₃O₄@[Cu₃(btc)₂]之间的静电相互作用主导了这一过程. 利用分散微固相萃取结合液相色谱-串联质谱法对天然水中的四种四环素类抗生素(土霉素,四环素,金霉素和多西环素)残留进行了测定. 四种抗生素的检出限(S/N=3)为0.01∽0.02 μg/L,定量限(S/N=10)为0.04∽0.07 μg/L. 河水和养殖水中四环素三个水平的加标回收率为70.3%∽96.5%,相对标准偏差为3.8%∽12.8%. 结果表明,基于磁性金属有机骨架材料的分散微固相萃取可以从水中简单、快速、高效地富集四环素类抗生素.     

非线性光学晶体HgGa2S4 和 Hg0.5Cd0.5Ga2S4的能带结构、化学键及光学性质研究

用密度泛函理论和非谐振子模型计算了晶体HgGa₂S₄和Hg_0.5Cd_0.5Ga₂S₄的能带结构、态密度、化学成键及线性、非线性光学性质。结果表明：HgGa₂S₄的价带顶部主要是Ga-S成键态的贡献，导带底部主要是Ga-S反键态的贡献; Hg_0.5Cd_0.5Ga₂S₄的价带顶部主要由S-3p轨道组成，导带底部主要是Ga-S反键态的贡献。布居分析表明Ga-S键主要是共价成分，而Hg-S和Cd-S键主要是离子成分。HgGa₂S₄的折射率计算值与实验值在低能量区很好吻合。另外，HgGa₂S₄的能隙计算值比Hg_0.5Cd_0.5Ga₂S₄小，而二阶非线性极化率比Hg_0.5Cd_0.5Ga₂S₄大。     

不同氮流量制备Mn3CuNx薄膜及其电、磁输运性质的研究

采用对靶磁控溅射方法在单晶Si(100)基片上制备了反钙钛矿结构的Mn₃CuN_x薄膜.通过控制制备过程中的反应气体氮气(N₂) 流量(N₂/Ar+N₂), 研究了氮含量对Mn₃CuN_x薄膜结构及物理性能的影响.分别利用X射线衍射仪、俄歇电子能谱、 原子力显微镜、X射线光电子能谱、物理性能测试系统和超导量子干涉仪, 对所制备薄膜的晶体结构、成分、表面形貌和电、磁输运性质进行了测试.结果表明:制备的薄膜均为反钙钛矿立方结构,且沿 (200) 晶面择优生长.随着氮含量的增大,薄膜表面粗糙度和颗粒度尺寸逐渐增大, 导致电阻率增加.氮含量对薄膜的电输运性质没有影响,所有薄膜电阻率均随着温度的降低逐渐增大, 呈现半导体型导电行为,这与对应的块体材料结果相反.Mn₃CuN_x薄膜随着测试温度的增大发生了 亚铁磁到顺磁的磁转变,且N含量的增大降低了磁有序转变温度,主要是由于N缺陷对Mn₆N八面体结构中 磁交换作用的影响所致.     

0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理密度泛函理论的平面波赝势方法,对0.5NdAlO₃-0.5CaTiO₃晶体进行结构优化,并对其能带结构,态密度和光学性质进行了理论计算.结构优化后晶格参数与实验数据相符合,误差小于1%;能带计算结果表明0.5NdAlO₃-0.5CaTiO₃为间接带隙,带隙值为0.52eV;费米面附近的能带由Nd-4f,O-2p,Nd-4p,Al-3p,Ti-4d层的电子态密度确定.同时也计算了该结构的介电函数,反射率和复折射率等光学性质.     

α-, β-和γ-Si3N4 高压下的电子结构和相变: 第一性原理研究

本文采用第一性原理框架下的赝势平面波方法结合振动类德拜模型研究了α,β和γ-Si₃N₄在高温下的点阵常数,弹性常数和弹性模量.研究发现三种同质异相体的体模量都很高.β-Si₃N₄在低温下表现出脆性,在高温下则表现出延展性.γ-Si₃N₄在低温和高温下都是脆性的共价化合物.β → γ 相变的相界斜率为正值,说明在较高温度时合成γ-Si₃N₄所需的压强也较高.α → γ 相变的相界可以表示成 P=16.29- 1.835-10^-2 T+9.33945-10^-5T²-2.16759-10^-7T³+2.91795-10^-10T⁴.本文还分析了Si₃N₄同质异相体在高压下的态密度和能带.在α-Si₃N₄中主要是Si-s, p和N-s,p的轨道杂化对晶体的稳定性起作用.α和β-Si₃N₄都具有Γ_V-Γ_C类型的间接带隙(分别是4.9~eV和4.4~eV)而γ-Si₃N₄具有直接带隙(3.9~eV). 研究还发现α-Si₃N₄和β-Si₃N₄的价带顶分别沿着Γ-M和Γ-A方向.本文的计算结果和已有的实验数据是一致的.     

Ca3Sc2Si3O12:Ce3+的第一性原理研究

对Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺共掺杂N^3-、Sc³⁺、Mn²⁺、Mg²⁺和Na⁺进行第一性原理计算,研究不同的电荷补偿对发光中心Ce³⁺的影响．首先利用密度泛函理论构建超晶胞模型对Ce³⁺周围的局部结构进行了优化,然后通过CASSCF/CASPT2 RASSI-SO计算得到Ce³⁺的4f→5d跃迁能量．计算数据与实验光谱相吻合．实验光谱中的一个未知峰值理论分析确认是Sc³⁺替代Si⁴⁺导致的．     

脉冲激光沉积制备的Co80Cr20/Ti90Cr10薄膜的结构与磁性

用脉冲激光沉积(PLD)的方法在硅单晶基片上制备了Ti₉₀Cr₁₀和Co₈₀Cr₂₀/Ti₉₀Cr₁₀薄膜，用XRD研究了Ti₉₀Cr₁₀薄膜的晶体结构与制备温度的关系，结果表明随着温度升高，薄膜从非晶态逐步向晶态转化，并且计算了Ti₉₀Cr₁₀薄膜的晶粒大小以及晶格常数. 利用透射电镜对Ti₉₀Cr₁₀薄膜进行了表面和截面形貌的表征. 采用纳米压痕仪对Ti₉₀Cr₁₀薄膜的硬度和膜基界面结合力进行了分析，表明薄膜的硬度和膜基结合力随制备条件改变有所变化，制备温度增加，薄膜的硬度和膜基结合力随之增加. 利用Ti₉₀Cr₁₀薄膜作为中间层，用PLD制备了Co₈₀Cr₂₀磁性层，获得了很好的垂直磁化性质，膜厚减小，矫顽力和矩形比有所增加，600℃真空条件下制备的Co₈₀Cr₂₀(8 nm)/Ti₉₀Cr₁₀(14 nm)薄膜的矫顽力为65.25 kA/m，矩形比为0.86，并且讨论了Co₈₀Cr₂₀/Ti₉₀Cr₁₀薄膜的磁化性质.     

N2O+离子A2Σ+电子态高振动能级的转动结构分析

利用一束波长为36055nm的激光，通过(3+1)共振多光子电离方法制备纯净的且处于X²Π_1/2，3/2(000)态的N₂O⁺离子，用另一束激光激发所制备的离子到第一电子激发态A²Σ⁺的不同振动能级，然后解离，通过检测解离碎片NO⁺强度随光解光波长的变化，得到了转动分辨的N₂     

复合层状Bi7Ti4NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究

制备了Bi₇Ti₄NbO_{21，Bi4Ti3O12及Nb掺杂Bi4Ti3O12(Nb-Bi4Ti3O12)层状结构铁电陶瓷材料.结合Nb-Bi 4Ti3O12的介电温谱和 退极化实验结果，研究了Bi7Ti4NbO21的晶体结构 对其介电、压电性能的影响 .高分辨透射电镜结果表明，在Bi7Ti4NbO21中， 沿着c轴方向，(Bi2Ti3O10)^2-和(BiTiNbO7)^2-两个类钙钛矿层分别 与(Bi2O2)²⁺层叠加堆积而成.这种晶体结构决定了Bi7Ti4NbO21的 介电温谱在668℃和845℃出现介 电双峰.结合极化样品的退化实验分析，说明材料在这两个温度附近发生了铁电—铁电相变 、铁电—顺电相变，分别是(Bi2Ti3O10)^{2-< /sup>和(BiTiNbO7)2-层状 结构发生微观结构相变的结果.在退极化过程中，由于受热时钙钛矿层内空位引起的缺陷偶 极子的定向排列受到破坏，引起材料部分退极化，表现为300℃热处理后Bi7Ti 4NbO 21的压电活性降低了10%，显示了室温下材料的压电性能来源于自发极化的固有电 偶极子和缺陷偶极子的共同贡献.}}