3d过渡金属离子注入锐钛矿TiO2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO2薄膜中掺杂3d过渡金属（V,Cr和Fe）离子,采用全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法计算3d过渡金属离子掺杂后锐钛矿TiO2的电子结构,通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测3d过渡金属离子注入对TiO2薄膜吸收光谱的影响.实验结果和理论计算表明,离子注入后,锐钛矿TiO2薄膜带隙宽度变小,V,Cr和Fe离子的3d态在紫外-可见吸收光谱的红移中起关键作用.     

3d过渡金属离子注入锐钛矿TiO_2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO2薄膜中掺杂3d过渡金属(V,Cr和Fe)离子,采用全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法计算3d过渡金属离子掺杂后锐钛矿TiO2的电子结构,通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测3d过渡金属离子注入对TiO2薄膜吸收光谱的影响.实验结果和理论计算表明,离子注入后,锐钛矿TiO2薄膜带隙宽度变小,V,Cr和Fe离子的3d态在紫外-可见吸收光谱的红移中起关键作用.     

ZnO(000(-1))表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱（angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES）并结合全势缀加平面波（full potential linearized augmented plane waves, FPLAPW）理论计算方法研究了ZnO（0001^-）表面的价带电子结构及能带色散．通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ГA方向的能带结构并确定了两个表面态，实验结果与理论计算结果较为一致．利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿Г^- KM^-方向的二维能带色散．     

MgCNi3电子结构与光学性质的第一性原理研究

考虑广义梯度近似与局域自旋密度近似,采用全势线性缀加平面波法对新超导体MgC-Ni3的几何结构、电子结构及光学常量进行了计算,从理论上给出了其电子结构与光学性质的关系.电子结构计算表明,尽管MgCNi3与BaTiO3均具有钙钛矿几何结构,但电子能带结构的差异使它们表现出不同的光学性质.基于第一性原理的光学性质的计算结果表明,MgCNi3的光学性质呈各向同性,其低能区的光吸收是由-5.0～0 eV范围内的Ni(3d)电子的带内跃迁以及该能量范围内Ni(3d)电子到导带空轨道的带间跃迁引起的;而高能区的光吸收则起源于价带中C(2p)和C(2s)轨道上的电子到导带中C(2s),C(2p),Ni(3d),Ni(4s)空轨道的带间跃迁.     

InVO4电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛涵理论的全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法计算光催化材料InVO4的电子结构和光学常数.电子结构计算表明:InVO4价带顶由O-2p、V-3d和In-3d轨道电子杂化构成,导带底则是V-3d和In-5s空轨道组成的杂化带.光学常数计算表明:光吸收强度曲线在4.2 eV处的突出峰源于价带顶的O-2p电子向导带底V-dz2和V-dxy轨道的跃迁,4.6～7.9 eV范围内的吸收峰则对应于价带顶的O-2p电子向导带底杂化带的跃迁;而高能区的光吸收是材料深能级电子跃迁的贡献.折射系数计算结果显示InVO4为各向异性材料;介电常数虚部和能量损失曲线则表明声子对光催化有重要影响.     

钙钛矿型YNiO_3电子能带结构的第一性原理

采用第一性原理计算了钙钛矿材料YNiO3正交相、单斜相的电子能带结构。计算结果表明:YNiO3正交相为直接带隙,带隙大小约为0.99 eV;单斜相低能导带向费米面移动进入带隙区,与费米面相交而部分填满,使其具有金属性而导电。同时发现,Ni在正交相中只存在一种组态Ni3+,而在单斜相中则存在Ni2+和Ni4+两种不同的组态,即存在电荷歧化2Ni3+→Ni2++Ni4+。     

KSi能带结构及态密度的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对KSi的电子结构进行了理论计算,计算表明KSi是一种准直接带隙半导体,禁带宽度为1.42 eV.详细讨论了KSi在费米面附近的价带与导带的电子态密度的结构.     

ZnO(000)表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES)并结合全势缀加平面波(full potential linearized augmented plane waves,FPLAPW)理论计算方法研究了ZnO(000)表面的价带电子结构及能带色散.通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ΓA方向的能带结构并确定了两个表面态,实验结果与理论计算结果较为一致.利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿ΓKM方向的二维能带色散.     

钛酸铅光学特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函方法对PbTiO3顺电相进行研究.计算得到PbTiO3直接带隙及间接带隙的大小分别为1.77和1.66eV,且研究了PbTiO3的介电函数、反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释.     

锆酸锶材料能带结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法,精确计算了钙钛矿材料SrZrO3立方相、正交相的电子结构.计算结果表明,SrZrO3立方相、正交相都是直接带隙,对带隙起主要作用的是Zr的4d态和O的2p态,它们的大小分别为3.53,3.72 eV.SrZrO3由立方相到正交相时Sr—O和Zr—O之间的杂化增强,间接增强了ZrO6八面体的畸变,降低了体系的总能量,有利于正交相的稳定.     

多晶3C-SiC体材料的制备及其结构分析

将硅置于高纯石墨坩埚中使其在高温条件下熔化,坩埚内壁石墨自然熔解于硅熔体中形成碳饱和的硅熔体,在石墨表面形成SiC多晶薄层并通过改变工艺条件使薄层变厚形成厚约0.5mm的SiC体材料.用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、Raman散射等手段对样品进行了检测分析.实验结果表明所制备样品为3C-SiC多晶体.     

Si基3C-SiC反向外延的选择生长和残余应力研究

采用一种新的LPCVD方法在Si衬底上通过SiO2作为掩蔽层,进行3C-SiC的反向外延的选择性生长.TEM,AFM和XRD结果显示3C-SiC沿（111）面成功实现了较高质量的外延选择生长,其界面清晰,掩蔽良好.生长出的3C-SiC薄膜为织构晶体,单晶性良好.残余应力测试表明3C-SiC薄膜晶格发生压应变,选择性生长区域的残余应力显著降低.据此结果建立了残余应力的形成机制.     

Ru2Si3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的密度泛函理论赝势平面波方法系统地计算了正交相Ru2Si3的电子结构、态密度和光学性质, 计算结果表明Ru2Si3是一种直接带隙半导体, 禁带宽度为0.51 eV; 其能态密度主要由Ru的4d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定; 静态介电函数ε1（0）＝16.83; 折射率n0＝4.1025; 吸收系数最大峰值为2.8×105 cm-1; 并利用计算的能带结构和态密度分析了Ru2Si3材料的介电函数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质, 为Ru2Si3光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

3 C-SiC电子结构和铁磁性的第一性原理研究

基于第一性原理计算的方法,研究了3C-SiC中缺陷的磁学性质。结果表明,-1价和-2价的硅空位可分别引入3μB 和2μB 的磁矩,而中性的硅空位却不能引入自发的自旋极化。由于缺陷波函数的扩展性,-2价的硅空位间在距离0.8616 nm时仍然是长程铁磁耦合的,但-1价的硅空位间是反铁磁耦合,因而该种缺陷对磁性没有贡献。     

短纤维C/C-SiC复合材料的组织结构与断裂机制

采用水悬浮分散法制得含Si短炭纤维料饼, 经树脂浸渍、模压成形和炭化后成为预制体, 经反复浸渍/炭化增密和高温反应生成SiC, 制备了C/C-SiC复合材料. 利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射对其组织结构特征和断裂机制进行研究. 结果表明: C/C-SiC复合材料的增强相短炭纤维具有垂直于压力方向的平面内随机取向的层状结构, 平行于压力方向上分布的纤维较少;基体中的碳化硅为β-SiC, 在C/C-SiC复合材料中主要分布在纤维与基体、纤维与纤维之间的各种缝隙中和原来硅颗粒所处的位置附近;C/C-SiC复合材料弯曲破坏属于脆性断裂, 微观破坏机制主要表现为短炭炭纤维的"拔鞘"、脱离或脆断, 以及基体炭和碳化硅的脆性断裂.     

C/C-SiC复合材料的表面烧蚀模型及数值模拟

基于炭基和硅基防热复合材料的烧蚀机理对C/C-SiC防热复合材料进行烧蚀分析.依据相变原理,在热传导方程和能量平衡原理的基础上,建立了一维非稳态烧蚀数值模型,模拟了C/C-SiC防热复合材料的烧蚀过程,分析结果与实验数据吻合良好.同时通过数值对比看出,在同等的烧蚀环境中,C/C复合材料的烧蚀速率最快,材料内部温度最低;...     

Fe_xSi_y改性C/C-SiC制动材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,采用反应熔体浸渗法(RMI),将Fe与Si同时熔渗进C/C坯体中制备FexSiy改性C/C-SiC复合材料。研究FexSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能。研究结果表明:硅铁化合物被SiC基体包围填充于C/C坯体孔隙中;FexSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度为189.65 MPa,垂直和平行摩擦面的压缩性能分别为296.93 MPa和201.32 MPa;分别采用30Cr钢和自身材料作对偶时,FexSiy改性C/C-SiC复合材料的平均摩擦因数均为0.24左右,线磨损均小于3.5μm.面-1.次-1,但与铬钢对摩静系数明显增大,而与自身对摩制动曲线出现明显翘尾现象,其摩擦磨损过程是由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损相互作用的结果。     

刹车速度对RMI-C/C-SiC复合材料摩擦磨损行为的影响

以针刺整体炭毡为坯体,采用化学气相浸渗法（CVI）增密制备C/C多孔体,然后采用熔硅浸渗C/C多孔体制备C/C-SiC复合材料。在MM-1000摩擦磨损试验机上测试该材料在不同刹车速度下的摩擦磨损行为,分别用金相显微镜和扫描电子显微镜观察摩擦表面及磨屑形貌。结果表明：复合材料摩擦因数随刹车速度的增加先升高后降低最后趋于稳定;在速度为2 500 r/min时,摩擦因数达到0.52;磨损量随刹车速度的提高而降低,在速度为1 000 r/min时,线性磨损量为最大值21.3μm/（面·次）;当刹车速度小于4 000 r/min时,摩擦磨损机理为很严重的磨粒磨损,当速度大于4 000 r/min时,摩擦磨损机理以粘着磨损和氧化磨损为主。     

一种高性能C/C-SiC复合材料摩擦偶件优化选择研究

采用超声波渗硅技术,经化学气相沉积、硅化处理、浸渍/炭化增密和石墨化处理制备C/C-SiC复合材料.用偏光显微镜、扫描电子显微镜观测其微观组织结构,用X射线衍射仪进行物相分析,用MM一1000性摩擦磨损试验机检测C/C-SiC复合材料分别与C/C复合材料、30 CrSiMoVA钢和铁基粉末冶金材料组成摩擦副的摩擦性能.结果表明:C/C-SiC复合材料中只有C相和13-SIC相,C相的组成为炭纤维、沉积炭和树脂炭同时存在;C/C-SiC复合材料与铁基粉末冶金材料组成的摩擦副的摩擦性能优异,其摩擦因数为0.42,摩擦稳定性为85%,磨损值为3.9 μm/(次·面).