IrB和IrB_2力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论对0—100 GPa静水压下P1-IrB(空间群Pnma)和P5-IrB2(空间群Pmmn)结构的平衡态晶格常数、弹性常数等性质进行了研究.研究结果表明,P1-IrB不可压缩性随着压强的增加而增强;P5-IrB2结构在0—100 GPa范围内弹性常数、体弹模量、剪切模量均呈现出有规律的变化,当所加压强为50 GPa时,杨氏模量和在b方向的晶格常数发生异常变化.对零压下P1-IrB和P5-IrB2的电子结构的研究发现,二者均没有一个明显的带隙,主要原因为Ir原子和B原子间的共价作用.从P1-IrB和P5-IrB2的能带结构和态密度图可以发现这两种结构均有金属性.     

TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型TiO₂纳米管(D<16 Å)的几何构型、电子结构和光学性质. 结果表明: 随着管径增大, 体系单位TiO₂分子的形成能降低, 体系趋于稳定; 在管径14 Å左右, (n,0)型TiO₂纳米管会发生一次构型的转变. 能带分析显示, TiO₂纳米管的电子态比较局域化, 小管径下(D<14 Å)其导电性更好; 随着构型的转变, TiO₂纳米管由直接带隙转变为间接带隙, 并且带隙值随着管径的增大而增大, 这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果. 两种效应的竞争, 使得TiO₂纳米管的介电函数虚部ε₂ (ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移, 管径大于9 Å (即(8, 0)管)之后, TiO₂纳米管的光吸收会出现明显的增强. 关键词： 2纳米管')" href="#">TiO₂纳米管 第一性原理 电子结构 光学性质     

过渡金属Tc及其氮化物TcN，TcN$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;，TcN$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;与TcN$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;低压缩性的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Tc及其氮化物的弹性性质、电子结构、原子布局数等,并分析和计算了它的氮化物的理论硬度. 结果表明随着Tc中氮的掺入量的渐增,出现层状结构,它们的弹性模量并非单调增加,其中TcN的体弹模量最大而剪切模量最小;层状结构的TcN₃的剪切模量最大而体弹模量最小,TcN₄的理论计算硬度最大. 说明在Tc的氮化物中,其体弹模量与材料的晶体结构、平均每个原子上的电荷密度和材料的质量密度有关;化学键的共价性结构和氮元素的含量对理论计算硬度有正作用;而剪切模量的极大值则与其层状结构及体系中一定量的方向基本一致的N—N键相关. 关键词： 第一性原理 弹性性质 电子结构     

PtN2的结构和力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论方法计算了PtN₂的坐标、平衡态的晶格常数、体弹模量、剪切模量和弹性常数,计算结果与已有的实验值和理论值符合较好.通过能量与体积曲线,可知ST_AA结构比黄铁矿结构具有更低的能量.根据计算结果和Pugh提出的经验判据,PtN₂是易脆的硬物质,随着压强增加PtN₂的脆性逐渐过渡到延性.两种结构的能带结构和态密度表明了黄铁矿结构的PtN₂是半导体而ST_AA 关键词： 2')" href="#">PtN₂ 第一性原理 力学性质     

MC与$lt;i$gt;M$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;+1$lt;/sub$gt;$lt;i$gt;AC$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;稳定性与电子特征的第一性原理研究

研究MC与M_n+1AC_n(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn; A=Al, Si, P, S; n=1, 2, 3)结构的稳定性与电子特征有利于探究三元层状结构M_n+1AC_n稳定性的内在原因和设计新型M_n+1AC_n结构. 第一性原理计算研究表明, M-3d与C-2p轨道间的电子转移对MC与M_n+1AC_n 的形成焓有较大影响. 供电子能力较强的前过渡金属可以形成稳定的MC结构. 计算结果显示, MC结构是缺电子体系, 其趋向于与具有一定供电子能力的MA结构结合形成M_n+1AC_n. 与M₂PC和M₂SC 相比, M₂AlC和M₂SiC可以更为容易地被分离成二维 M₂C结构. 关键词： MAX相结构 第一性原理 电子结构 过渡金属碳化物     

多铁材料BaCoF$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BaCoF₄的铁电反铁磁相和可能的顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.研究表明,反铁磁态很可能有利于低温下的铁电稳定性,F的强负电性使得体系内原子间主要是离子键相互作用.Co离子与在bc面上的F（2）,F（3）离子间完全是离子键作用,而与F（4）间有较弱的共价作用,与F（1）间作用介于两者之间.铁电畸变主要来源于Ba离子与F（1）, F（2）, F（3）离子沿着c轴方向的相对位移,F（4）对铁电性的贡献最少.铁电相中F（2）, F（3）离子的能量低于中心对称相,最大位移贡献者F（1）的化学键性由弱共价作用到离子键的变化也是最大的,这均有利于体系的稳定. 关键词： 第一性原理 铁电性 铁电畸变 反铁磁性     

Mo1-xWxC碳化物稳定性及力学性质的第一性原理计算

金属碳化物作为基体的增强相,对钢铁的力学性能起到至关重要的作用.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过虚拟晶体近似构建Mo_1-xW_xC(0≤X≤1)碳化物模型,计算Mo_1-xW_xC的晶格常数、形成能、结合能、弹性常数、弹性模量、泊松比u、维氏硬度、电子态密度等性质参数,分析W元素对MoC碳化物稳定性及力学性能的影响.本次计算值与其他理论计算值及试验值吻合度较高;随着W含量的增加,晶格常数增加,Mo_1-xW_xC的形成能、结合能皆为负值,结合能、形成能的绝对值均随着W含量的增加而增加.不同掺杂含量下的Mo_1-xW_xC均满足Born判据,在力学上是稳定的,随着W含量的增加,Mo_1-xW_xC的弹性常数、体模量、杨氏模量、剪切模量呈线性增加,B/G、泊松比降低. Mo_1-xW_xC在费米能级处的态密度值均不为0,态密度值随着W含量的增...     

V-5Cr-5Ti合金弹性和力学性质的第一性原理研究

V-5Cr-5Ti合金作为核聚变堆第一包层的主要候选结构材料之一,但对其力学性质的理论研究相对较少.采用随机固溶体模型,利用第一性原理方法计算出V-5Cr-5Ti合金的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和柯西压力等,并与计算出的纯钒的相关数值进行对比,结果表明V-5Cr-5Ti合金具有良好的塑性和强度,但其塑性要略低于纯钒的.并对加入氧原子后的V-5Cr-5Ti合金进行了相关计算,通过对比计算结果发现,由于氧原子的加入,使V-5Cr-5Ti合金的塑性和强度都出现了不同程度的降低.最后对V-5Cr-5Ti合金和纯钒的理论强度进行了计算,并绘制出两者的应力-应变关系图,通过对比再次验证了上面的结论.     

光催化半导体Ag$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;ZnSnS$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算, 对光催化水解半导体Ag₂ZnSnS₄的改性方案做了理论研究. 在与同类化合物的带边位置比较后发现, Cu与Ge共掺杂能够在Ag₂ZnSnS₄中实现禁带宽度和带边位置的双重调节, 从而使其能带结构优化到光催化水解最为理想的状态. 另外, CuGaSe₂ 可与Ag₂ZnSnS₄形成type-Ⅱ型带阶结构, 制备它们的异质结同样可用于提升其光催化水解性能. 关键词： 光催化半导体 2ZnSnS₄')" href="#">Ag₂ZnSnS₄ 带阶 电子结构优化     

MAX相Nb2SnC和Nb2SnN的力学和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理,在广义梯度近似下研究了MAX相Nb₂SnC和Nb₂SnN的力学、晶格动力学、电子以及热力学性质.通过弹性常数和声子的计算,研究了Nb₂SnC和Nb₂SnN两种结构的力学稳定性和动力学稳定性;通过对Nb₂SnC和Nb₂SnN的力学性质计算,证明了它们均具有较高的体积模量和剪切性,并且说明了Nb₂SnC和Nb₂SnN是具有弹性各向异性的韧性材料.此外,通过计算电子能带结构和态密度,研究了Nb₂SnC和Nb₂SnN的电子性质和成键性质,结果表明,两个化合物均具有金属导电性和较强的共价键,而且Nb₂SnN比Nb₂SnC具有更强的金属导电性.最后利用声子色散曲线预测了热容、自由能、焓和熵等热力学性质,结果标明,计算出的熵、焓和自由能值变化符合热力学第三定律.     

BC5力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论方法对0—60 GPa静水压下BC₅ 六角晶系P3m1和四方晶系I4m2结构的平衡态晶格常数、弹性常数、各向异性以及泊松比与Cauchy扰动进行了研究. 研究结果表明, BC₅的两种结构在高压下是稳定的, 且不可压缩性随着压强的增加而增大. 另外, 对其电子结构也进行了计算, 计算结果表明, BC₅存在一个较宽的带隙, 两种原子间有较强的共价杂化, 材料的性质主要由B的2p¹和C的2p²态电子共同决定. 压强对材料带隙和费米能级附近的态密度几乎没有影响, 只引起微小的漂移, 可推断其很好的高压稳定性.     

P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti, P替位O, 间隙P)的锐钛矿相TiO₂的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算. 结果表明, P替位Ti时, TiO₂体积减小, P替位O和间隙P的存在使TiO₂的体积膨胀; 替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化, 而替位O的P带有负电荷. 三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO₂禁带宽度的增大, 并在TiO₂禁带之内引入了掺杂局域能级. P掺杂导致TiO₂禁带宽度增大的程度依次为: 间隙P>P替位Ti>P替位O. 吸收光谱的计算结果表明, P替位Ti并不能增强TiO₂的可见光吸收能力, 但间隙P的存在大幅提高了TiO₂的可见光光吸收能力, 间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO₂光催化活性的重要原因. 关键词： P掺杂 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ 第一性原理     

金属氢化物力学性能的第一性原理研究

采用第一性原理方法详细研究了氟化钙结构的多种金属氢化物MH₂ (M= La, Nd, Gd, Tb, Y, Dy, Ho, Er, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf)的力学性质(弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量).计算结果表明, MH₂ (M= La, Nd, Gd, Tb, Y, Dy, Ho, Er, Lu, Sc)在低温下具有稳定的氟化钙结构,其抵抗体积形变, 切应变和拉伸(或压缩)形变的能力从LaH₂, NdH₂, GdH₂, TbH₂, YH₂, DyH₂, HoH₂, ErH₂, LuH₂到ScH₂逐次递增, 而MH₂ (M= Ti, Zr, Hf)在低温下的氟化钙结构不稳定.通过对两种稳定的氢化物(TbH₂, ErH₂) 和两种不稳定的氢化物(TiH₂, HfH₂)的电子态密度以及差分电荷密度进行对比, 发现它们的稳定性与金属和氢之间的相互作用有密切关系.     

First-principles calculations of structural and thermodynamic properties of BeB2 compound

The lattice parameter bulk modulus and pressure derivative of BeB2 are calculated by using the Cambridge Serial Total Energy Package （CASTEP） program in the frame of density function theory. The calculated results agree well with the average experimental data and other theoretical results. Through the quasi-harmonic Debye model, the dependences of the normalized lattice parameters a/ao, c/c0 and the normalized primitive cell volume V/Vo on pressure P, the variation of the thermal expansion coefficient ~ with pressure P and temperature T, as well as the dependences of the heat capacity Cv on pressure P and temperature T are obtained systematically.     

Na_2Ge_2Se_5电子结构和光学性质的第一性原理研究

Na_2Ge_2Se_5是一种优异的红外非线性晶体材料.采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法对Na_2Ge_2Se_5进行结构优化,并以此为基础计算研究了Na_2Ge_2Se_5的电子结构和光学性质.结果表明:Na2Ge2Se5是宽禁带间接带隙半导体,价带至导带的电子跃迁主要来自于Ge和Se的48,4p态;Na对光学性质的贡献较小,Ge和Se之间的相互耦合作用决定了Na_2Ge_2Se_5的光学性质;该晶体在紫外区有强烈的反射和吸收,静态折射率为2.133,双折射率值适中,为0.145.理论计算结果表明,Na_2Ge_2Se_5是一种性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO₂前后的光学特性,即介电函数虚部ε₂(ω)，光学吸收系数I(ω)和反射率R(ω). 并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO₂的光学谱在2.93，3.56和3.97eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因. 从光谱图上分析得出，掺杂后TiO₂要发生红移现象，实验现象证实了这一结果. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 光学性能 第一性原理     

C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理的局域密度近似+U(0 ≤U≤9 eV)方法研究了本征金红石相TiO₂在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO₂的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO₂的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO₂中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO₂对可见光的响应, 从而使TiO₂的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO₂光催化效率.     

First-principles calculations for elastic properties of rutile TiO2 under pressure

This paper studies the equilibrium structure parameters and the dependences of the elastic properties on pressure for rutile TiO2 by using the Cambridge Serial Total Energy Package （CASTEP） program in the frame of density functional theory. The obtained equilibrium structure parameters, bulk modulus B0 and its pressure derivative B′0 are in good agreement with experiments and the theoretical results. The six independent elastic constants of rutile TiO2 under pressure are theoretically investigated for the first time. It is found that, as pressure increases, the elastic constants C11, C33, C66, C12 and C13 increase, The variation of elastic constant C44 is not obvious and the anisotropy will weaken.