掺杂BaHfO3电子结构与力学性能的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响.电子结构计算表明:优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料.掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征.由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的.力学性能分析表明:与BaHfO3相比,Ba0.5 Sr0.5 HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强.电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因.可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据.     

高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO3电子结构与光学性质的影响．能带结构分析表明：无压强和施加正压强作用时,BaHfO3为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO3则转变为间接带隙半导体;BaHfO3的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系．对光学性质的分析发现：施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO3的静态介电常数和静态折射率均增大．上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO3光电材料的设计与应用提供了理论依据．     

新型Heusler合金RuMn2Sn的磁性形状记忆的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对新型Heusler合金RuMn₂ Sn的晶体结构、电子结构、磁性、四方变形等性质进行了系统的研究.研究结果表明:1)在奥氏体态下,磁性原子Mn对体系总磁矩的贡献最大,其中Mn（A）和Mn（B）原子磁矩的值不等并且呈反平行耦合,导致RuMn₂ Sn具有稳定的亚铁磁基态,该结果与实验一致;2)由XA型立方结构至四方结构的四方变形中,发现c/a约为1.23处存在一个能量更低的稳定的马氏体相,其呈现反铁磁的特性;3)在奥氏体态和马氏体态下,Mn（A）和Mn（B）原子之间弱的d-d直接交换作用是维持它们之间亚铁磁和反铁磁耦合的主要原因.根据上述计算结果,预测RuMn₂ Sn具有良好的磁性形状记忆效应.     

Ba0.5Ca0.5ZrO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,利用密度泛函理论体系下的广义梯度近似,研究了Ba0.5Ca0.5ZrO3的电子结构和光学性质.计算得到该晶体的晶格常数为4.1823 A,且此材料是一种间隙的半导体材料,价带和导带都来源于Ba原子、Ca原子、Zr原子的d态和O原子的p态电子间的杂化.吸收系数为105 cm-1量级,且吸收主要集中在低能区.静态折射率为1.79,能量损失峰出现在10.8 eV处.该研究结果为Ba0.5Ca0.5ZrO3光电材料的设计和应用提供了理论依据.     

缔合流体中胶体粒子间耗尽势的密度泛函理论研究

本文基于Roth、Evans和Dietrich有关耗尽势的密度泛函理论研究了缔合流体中胶体粒子间的耗尽势. 通过计算在不同条件下两个胶体粒子间的耗尽势, 进一步分析了缔合流体中相关因素对耗尽势的影响. 结果表明, 溶剂分子的体相密度、胶体粒子与溶剂分子的尺寸比率、溶剂分子的官能度和缔合强度以及胶体粒子与溶剂分子之间的弱相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响.     

球腔中氢键流体的吸附-解吸附转变:表面调控研究

集中讨论了球形微腔表面对腔中氢键流体相态结构的调控机制. 为了揭示微腔表面对腔中氢键流体相平衡的影响, 首先根据吸附-解吸附原理并利用经典流体的密度泛函理论计算了微腔中氢键流体的平衡密度分布, 进而通过吸附-解吸附等温线及巨势等温线绘制出体系的相图. 在此基础上, 重点考察了球腔尺寸、 表面作用强度和作用力程对氢键流体毛细凝聚及层化转变的影响. 结果表明, 这些因素可以有效地调控体系毛细凝聚和层化转变的临界约化温度、 临界密度和相区大小等特征, 从而阐明了表面调控的主要机制. 研究结果为设计相关吸附材料提供了理论参考.     

Patchy粒子聚集的统计力学研究

应用统计力学原理对A_aB_b型Patchy粒子的聚集过程进行研究, 考察了典型平均物理量在聚集过程中的变化情况. 首先基于配分函数导出体系的平衡自由能及描述Patchy粒子之间联接作用的质量作用定律, 进而获得团簇的数量分布函数. 进一步给出Patchy团簇的数均和重均聚合度以及物理凝胶化条件, 探讨了凝胶化区域与Patchy粒子数之间的依赖关系. 同时给出Patchy团簇生长的微分动力学方程, 并进行了相应的Monte Carlo模拟. 本文旨在揭示Patchy粒子的内在和外在因素对体系聚集态结构的影响, 为实现对Patchy粒子体系的有效调控提供理论依据.     

Patchy胶体粒子的结晶、玻璃化和凝胶化问题（英文）

本文探讨了中性多缔合位点Patchy胶体粒子系统的相图及其相关问题.在研究中,计入了分子间的硬芯Lennard-Jones势和缔合作用,进而阐明了系统的流体相(F),无规密积相(RCP)和面心立方相(FCC)之间转变的相态结构.在体系丰富的相结构中,F-F,FRCP及F-FCC相转变以及描述粒子间联结性的溶胶-凝胶转变相互影响,致使一些相态在不同相互作用强度时可以呈现亚稳态和稳态.同时,本文重点阐述了缔合能量以及patch数目对体系的临界温度、临界密度、临界三相点以及溶胶-凝胶转变等的调控机制.     

分子动力学研究表面缺陷对硅纳米线杨氏模量的影响

硅纳米线因受量子尺寸效应与表面效应的影响而具有奇特的力、电及其耦合特性,成为了纳米电子器件的核心构件.然而在硅纳米线的制备过程中,表面产生缺陷不可避免.因此本文采用分子动力学方法着重研究了表面缺陷浓度对不同横截面形状(正方形、六角形和三角形)的[110]晶向和[111]晶向硅纳米线杨氏模量的影响.研究结果表明,当硅纳米线仅有单一表面缺陷时,不同晶向硅纳米线的杨氏模量均随表面缺陷浓度增加而迅速单调减小.当表面缺陷浓度为10%时,杨氏模量的减小幅度在10%-20%之间,减小幅度的差异与硅纳米线的晶向以及横截面形状密切相关.当存在多个表面缺陷时,杨氏模量随着缺陷浓度的增加表现出了不同程度的波动趋势.三角形截面硅纳米线的杨氏模量波动幅度最大,正方形截面的波动较小,即表面缺陷分布的不同对正方形截面硅纳米线的杨氏模量影响较小,这表明表面缺陷的影响与其分布及硅纳米线的横截面形状密切相关.通过与实验结果对比,本文的研究结果揭示了表面缺陷是导致硅纳米线杨氏模量实验值变小的重要因素,因此在表征硅纳米线的力学性能时,需要考虑表面缺陷的影响.     

光散射计数法颗粒群质量测量的数学模型

分析了计数法颗粒物质量测量的一般数学模型,结果表明颗粒群总质量能表示成各通道计数值的线性迭加.在此基础上以光散射球形颗粒群质量测量为例,以颗粒物的同质量子集Ni为出发点,依据统计理论推导出计数通道的散射光通量与颗粒群的平均体积之间存在分形关系φ=L(V)β,由此得出计数通道平均质量(m)j与计数通道特征参数φ的一般函数关系(m)(φj )≡ρ(V)j=ρL-ηφηj ,η为光散射等效截面分形维数,且0<η<3.并将其推广到非球形颗粒的测量之中,由此建立起光散射计数法颗粒群质量测量的完整的数学模型,为实现计数器在线测量颗粒群的质量浓度提供了一种可行途径.