Li掺杂对MgH2(001)表面H2分子扩散释放影响的第一性原理研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理分别研究了MgH₂(001)表面H原子扩散形成H₂分子释放出去的可能路径及金属Li原子掺杂对其影响. 研究结果表明: 干净MgH₂(001)表面第一层释放H原子形成H₂分子有两种可能路径, 其释放能垒分别为2.29和2.50 eV; 当将Li原子替代Mg原子时, 两种H原子扩散释放路径的能垒分别降到了0.31和0.22 eV, 由此表明Li原子掺杂使MgH₂(001)表面H原子扩散形成H₂释放更加容易.     

过渡族金属掺杂Al(111)表面对氢分子催化分解的影响

为了探求过渡金属催化剂对催化合成储氢材料NaAlH₄效果的影响, 本文采用第一性原理方法研究了多种金属原子取代Al (111)表面铝原子形成的合金表面对氢的催化分解的影响. 计算结果表明, Sc, V, Fe, Ti原子掺杂的表面对氢分子分解具有催化作用. H₂在对应的掺杂表面催化分解所需要的活化能分别为0.54 eV, 0.29 eV, 0.51 eV, 0.12 eV. H原子在Sc, V, Ti掺杂表面扩散需要的活化能分别为0.51 eV, 0.66 eV, 0.57 eV. 同时, 过渡金属掺杂在Al表面时倾向于分散分布, 增加掺杂表面的掺杂原子个数, 掺杂表面的催化效果体现为单个掺杂过渡金属原子的催化效果. 本研究将为金属掺杂Al (111)表面催化加氢合成NaAlH₄提供理论参考.     

铀氢化反应过程中氢扩散行为的第一性原理研究

铀氢化反应动力学及产物形式受氢在铀氧化物及氢化物中的固溶、扩散等过程控制.本文利用第一性原理计算方法,研究氢在UO_2、α-UH_3、β-UH_3、PdH_x等介质中的固溶、扩散行为,从微观角度解释氢化反应各个阶段氢化反应速率的主要特征,并对α/β相生成的条件作一番探讨.研究表明,UO_2中较高的氢扩散势垒导致氢扩散到达氧化物-金属界面非常困难,这是氢化反应起始阶段存在孕育期的主要原因;与此相反,β-UH_3的氢具有非常低的溶解能和扩散势垒,且实际状态下β-UH_3的表面积非常大,对氢化反应具有显著的促进作用;PdH_x具有和α-UH_3相近且均略高于β-UH_3的溶解能和扩散势垒,这使得氢在其中的扩散速率较低,是Pd膜覆盖下铀氢化主要产物为α-UH_3的主要原因.     

表面等离子共振金/钯复合膜氢敏传感器

提出了一种新颖的钯(Pd)/金(Au)复合膜表面等离子共振氢敏结构,与单一Pd膜氢敏传感器相比,具有可靠性好、灵敏度高和响应度大等特点。利用表面等离子共振理论建立了Au/Pd复合膜氢敏传感器的数学模型,并对Au/Pd复合膜氢敏传感器的灵敏度进行了数值模拟。数值模拟结果表明:基于Au(2nm)/Pd(20nm)复合膜氢敏传感器所获得的最佳灵敏度比单一Pd(20nm)膜氢敏传感器提高了49 4%。     

Fe/Si多层膜的层间耦合与界面扩散

对以本征Si及重掺杂ｐ型和ｎ型Si作为中间层的Fe/Si多层膜的层间耦合进行研究，并通过退火，增大Fe，Si之间的扩散，分析界面扩散对层间耦合的影响. 实验结果表明，层状结构良好的制备态的多层膜，Fe，Si之间也存在一定程度的扩散，它是影响层间耦合的 主要因素，远远超过了半导体意义上的重掺杂，使不同种类的Si作为中间层的层间耦合基本 一致.进一步还发现，在一定范围内增大Fe，Si之间的扩散，即使多层膜的层状结构已经有了相当的退化，Fe/Si多层膜的反铁磁耦合强度基本保持不变. 关键词： Fe/Si多层膜 层间耦合 界面扩散     

Pd负载共价有机骨架COF-108上氢溢流机理的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论研究了Pd负载共价有机骨架COF-108上的氢溢流机理,主要包括Pd_4团簇在COF-108上的各种沉积构型,H_2分子在Pd_4@COF-108中Pd_4团簇上的吸附和解离,H原子从Pd_4团簇向COF-108上的迁移以及H原子在COF-108表面的扩散.研究结果表明:1)Pd原子与HHTP或TBPM接触的数目越多,束缚能越大,沉积取向对束缚能的影响不大;2)H_2分子在Pd_4团簇上的解离过程是自动进行的,满足氢溢流发生的条件;3)只有位于Pd_4团簇桥位上的H原子能够迁移到基底表面上,迁移过程为吸热反应,稳定性较差,这表明H原子将在基底表面进一步扩散;4)过渡金属Pd的引入可大大降低H原子在基底表面的扩散势垒,使H原子在基底表面的扩散更容易进行.这些研究结果有助于理解氢溢流对COFs储氢性能影响的微观机理,进而为实验上定向制备性能优异的COFs基底材料提供有益指导.     

MgH_2(110)表面Pd单原子催化氢脱附反应的第一性原理研究（英文）

本文采用第一性原理密度泛函理论计算研究了MgH_2(110)表面吸附单原子Pd后的氢脱附反应.计算发现,在吸附一个Pd单原子后,MgH_2(110)表面氢脱附反应的能垒可以从1.802 eV显著地降低到1.154 eV,表明Pd单原子对于氢脱附具有很强的催化效应.并且,Pd单原子催化还可以将氢脱附的温度从573 K显著地降低到了367 K,从而使MgH_2(110)表面的氢脱附反应更加容易和快速地发生.此外,通过MgH_2(110)表面氢溢出机制的反向过程来讨论了氢脱附反应的微观过程.该研究表明Pd/MgH_2薄膜在未来的实验中可作为良好的储氢材料.     

锆掺杂二氧化铀中氧缺陷扩散机制的密度泛函计算研究

应用基于量子力学的密度泛函计算和过渡态搜寻的CI-NEB方法,研究了锆掺杂前后二氧化铀晶格中氧空位和氧间隙本征缺陷的扩散机理,计算了扩散路径和扩散能垒。计算结果表明,锆掺杂使得氧空位缺陷<100>方向的扩散能垒降低了0.40 eV,氧间隙交换机制的扩散能垒降低了0.07 eV。锆掺杂后,氧空位远低于氧间隙缺陷的扩散能垒。最后分析了扩散过程中氧原子和金属原子之间的键长,说明锆掺杂导致点缺陷扩散能垒降低与晶格畸变密切相关。Oxygen vacancy and interstitial diffusion mechanisms in uranium dioxide doped with zirconium are investigated by the density functional theory calculations. The migration pathways and barriers are identified using the climbing-image nudge elastic band (CI-NEB) method. It is found that the vacancy migration barrier along the <100> direction decreases by about 0.40 eV, while the indirect interstitial migration barrier decreases by about 0.07 eV in the zirconium doped uranium dioxide. The oxygen vacancy migration barrier is far lower than the oxygen interstitial migration barrier in the uranium dioxide doped with zirconium. Based on the analysis of bond length of local structures during the migration of oxygen atoms, it is concluded that the lattice distortion may be responsible for the reduction of oxygen migration barrier.     

几种元素的界面插层对Ta/NiFe/Ta的各向异性磁电阻效应的影响

文章中,通过磁控溅射制备了界面处插入4d,5d元素薄层(包括Ru,Pd,Ag和Au)的Ta/NiFe/Ta多层膜,并对它们的磁输运和磁性以及微结构进行了测试和表征.结果显示,Pd和Pt一样界面效应显著,能有效地提高NiFe薄膜退火前后的AMR比值,并抑制磁性死层.表面能比较小、熔点相对低的插层材料Ag,Au在退火过程中容易通过晶界扩散,强烈破坏其AMR性能.对于熔点高、表面能比较大的插层材料如Ru,磁性死层同样得到了抑制,NiFe薄膜的温度稳定性也可以得到提高.结果表明界面插层从界面电子自旋-轨道散射、界面死层和界面原子扩散等方面深刻影响NiFe薄膜的AMR. 关键词： 各向异性磁电阻 界面效应 原子扩散     

H在Ni表面的扩散性质及表面缺陷的影响-嵌入原子法(EAM)计算研究

本文用原子集团模型和嵌入原子方法,计算研究了H在Ni(100),(110)和(111)表面上的扩散特性,其扩散激活能分别是0.152eV;0.343eV和0.142eV。Ni(100)面上的吸附Ni原子和Ni原子空位,分别是在其表面上扩散的H原子的一种陷阱和位垒;Ni(100)面上的台阶,将使通过此台阶的H原子的扩散势垒增高,激活能增大,且引起扩散的各向异性。     

MgH2(110)表面Pd单原子催化氢脱附反应的第一性原理研究

本文采用第一性原理密度泛函理论计算研究了MgH₂(110)表面吸附单原子Pd后的氢脱附反应. 计算发现,在吸附一个Pd单原子后,MgH₂(110)表面氢脱附反应的能垒可以从1.802 eV显著地降低到1.154 eV,表明Pd单原子对于氢脱附具有很强的催化效应. 并且,Pd单原子催化还可以将氢脱附的温度从573 K显著地降低到了367 K,从而使MgH₂(110)表面的氢脱附反应更加容易和快速地发生. 此外,通过MgH₂(110)表面氢溢出机制的反向过程来讨论了氢脱附反应的微观过程. 该研究表明Pd/MgH₂薄膜在未来的实验中可作为良好的储氢材料.     

[(Fe/Pt/Fe)/Ag]n多层膜低温合成分离的L10相FePt纳米颗粒

制备了[(Fe/Pt/Fe)/Ag]n多层膜,研究了不同温度退火后的微结构和磁特性.实验结果表明温度高于400℃退火后,样品开始形成L10相的FePt纳米颗粒与Ag基体的复合结构.△M曲线的测量表明FePt颗粒之间不存在交换作用,非常清楚地说明非磁基体Ag有效地隔离了FePt磁性颗粒.有序相的低温合成可能和多层膜结构所造成的界面扩散以及Ag层引入的界面缺陷有关,同时,Ag原子较强的迁移性以及FePt与Ag之间表面自由能的显著差异,使FePt纳米颗粒被Ag隔离.     

多弧离子镀TiN与不同金属基材间的接触界面与表面特性

用多弧离子镀技术在不同金属基材上进行TiN镀膜实验 ,制备了TiN/Fe、TiN/Cu和TiN/Cr/Cu复合膜 .借助扫描电子显微镜 (SEM)、X射线衍射仪 (XRD)和光电子能谱 (XPS) ,研究了TiN与Fe、Cu和Cr/Cu三种不同衬底接触界面的形貌、结构及其表面特性 .SEM观察发现 ,在一定离子镀膜条件下 ,TiN涂层可与Fe、Cu和Cr/Cu金属基材形成均匀平整的接触界面 ,在铜基上TiN界面清晰 ,在Fe与Cr/Cu界面有明显的层状晶界微结晶分布 .XRD分析显示 ,Fe、Cu和Cr/Cu表面生成的薄膜都包含TiN、Ti2 N等多晶相 ,在Cr/Cu界面还包含Ti-Cr的金属间化合物 .XPS结果表明 ,表面除了TiN膜外 ,还生成TiO2 和TiOxNy 等氧化膜 .Ar+ 刻蚀 5min后 ,TiO2 消失 ,TiOxNy 减少 ,TiN则呈增加趋势 .TiN与Cr/Cu界面形成明显的Ti-Cr和Cr-Ni互扩散层 ,这有助于增强薄膜附着力 ,形成较牢固的TiN涂层 .     

Fe/Pd金属超晶格的磁性和内转换电Mssbauer谱研究

利用真空双源蒸镀法成功地制备了Fe/Pd金属超晶格,并对其结构和磁性进行研究。发现其比饱和磁化强度在固定Pd层30不变时,随Fe层厚度减小而单调上升,这是界面处Fe对Pd的极化效应造成的,且得出0K下极化效应的等效Fe层厚度约为10;低温下σ-T关系满足Bloch的T~(3/2)定律,自旋波劲度系数随Fe层厚度减小而单调增大;居里温度则单调下降。~57Fe内转换电子Mssbauer谱(CEMS)的测量进一步证实极化效应的存在,而界面处Fe原子不存在磁性增强,也不存在“死层”效应。     

[(Fe/Pt/Fe)/Ag]n多层膜低温合成分离的L10相FePt纳米颗粒

制备了［（Fe/Pt/Fe）/Ag］n多层膜,研究了不同温度退火后的微结构和磁特性.实验结果表明温度高于400℃退火后,样品开始形成L10相的FePt纳米颗粒与Ag基体的复合结构.ΔM曲线的测量表明FePt颗粒之间不存在交换作用,非常清楚地说明非磁基体Ag有效地隔离了FePt磁性颗粒.有序相的低温合成可能和多层膜结构所造成的界面扩散以及Ag层引入的界面缺陷有关,同时,Ag原子较强的迁移性以及FePt与Ag之间表面自由能的显著差异,使FePt纳米颗粒被Ag隔离. 关键词： L10相 FePt 交换作用     

低能原子沉积在Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学方法模拟了六种贵金属原子(Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)分别在Pt(111)表面低能沉积的动力学过程.结果表明:随着入射能量从0.1eV升高到200eV,基体表面原子是按层迁移的,沉积过程对基体表面的影响和沉积原子在基体表层的作用均存在两个转变能量(ET1≈5eV,ET2≈70eV).当入射能量低于5eV时,基体表面几乎没有吸附原子和空位形成,沉积原子在基体表层几乎没有注入产生;当入射能量在5—70eV范围内时,沉积原子在基体表层有注入产生,其注入深度小于两个原子层,即为亚注入,此时吸附原子主要由基体表层原子形成,基体表面第三层以下没有空位形成;当入射能量高于70eV时,沉积原子的注入深度大于两个原子层,将会导致表面以下第三层形成空位,并且空位产额随入射能量的升高而急剧增加.基于分子动力学模拟的结果,对低能沉积作用下的薄膜生长以及最优沉积参数的选择进行了讨论.     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响

本文研究了150 ℃, 1.0× 10⁴ A/cm²条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响. 回流后在solder/Ni和solder/Ni-P的界面上均形成(Cu,Ni)₆Sn₅类型金属间化合物. 时效过程中两端界面化合物都随时间延长而增厚, 且化合物类型都由(Cu,Ni)₆Sn₅转变为(Ni,Cu)₃Sn₄. 电迁移过程中电子的流动方向对Ni-P层的消耗起着决定性作用. 当电子从基板端流向芯片端时, 电迁移促进了Ni-P层的消耗, 600 h后阴极端Ni-P层全部转变为Ni₂SnP层. 阴极界面处由于Ni₂SnP层的存在, 使界面Cu-Sn-Ni三元金属间化合物发生电迁移脱落溶解, 而且由于Ni₂SnP层与Cu焊盘的结合力较差, 在Ni₂SnP/Cu界面处会形成裂纹. 当电子从芯片端流向基板端时, 阳极端Ni-P层并没有发生明显的消耗. 电流拥挤效应导致了阴极芯片端Ni层和Cu焊盘均发生了局部快速溶解, 溶解到钎料中的Cu和Ni原子沿电子运动的方向往阳极运动并在钎料中形成了大量的化合物颗粒. 电迁移过程中(Au,Pd,Ni)Sn₄的聚集具有方向性, 即(Au,Pd,Ni)Sn₄因电流作用而在阳极界面处聚集.     

Fe/Pd金属超晶格的磁性和内转换电M?ssbauer谱研究

利用真空双源蒸镀法成功地制备了Fe/Pd金属超晶格,并对其结构和磁性进行研究。发现其比饱和磁化强度在固定Pd层30?不变时,随Fe层厚度减小而单调上升,这是界面处Fe对Pd的极化效应造成的,且得出0K下极化效应的等效Fe层厚度约为10?;低温下σ-T关系满足Bloch的T^3/2定律,自旋波劲度系数随Fe层厚度减小而单调增大;居里温度则单调下降。⁵⁷Fe内转换电子M?ssbauer谱(CEMS)的测量进一步证实极化效应的存在,而界面处Fe原子不存在磁性增强,也不存在“死层”效应。 关键词：     

掺杂Fe对VH2解氢性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面波超软赝势方法,研究了Fe掺杂对VH₂的电子结构和解氢性能的影响.通过计算Fe掺杂VH₂前后体系的合金形成热、V-H之间的重叠布居数、电子态密度、电子密度,发现Fe掺杂VH₂后,随着Fe含量增加,合金体系的晶胞参数和晶胞体积逐渐减少;体系的负合金形成热逐渐减少,且掺杂后体系的负合金形成热都比VH₂的负合金形成热小,体系的稳定性降低;电子态密度计算也显示Fe掺杂后费米能级处的电子浓度增加,体系稳定性降低;重叠布居数和电子密度计算表明掺杂后V-H之间的重叠布居数由0.1减小为0.08或0.09,V-H之间的电子密度减少,说明V和H原子之间的相互作用减弱,提高了VH₂的解氢性能.计算结果解释了实验现象. 关键词： Fe掺杂 电子结构 解氢性能 第一性原理计算     

微合金化元素对Fe-Al界面结合的第一性原理研究

利用第一性原理中的DFT理论研究了Fe/Al界面的能量学和电子结构,讨论了替位型掺杂的元素Zn、Mn、Ni在Fe/Al界面处的作用.结果表明:元素Zn、Mn、Ni都会优先替换界面处的Fe原子,使得界面结合能增加,体系更稳定,有利于界面的结合;跨界面的Fe原子与Al原子之间的电荷布居、键长以及差分电荷密度图的计算表明:掺杂后有利于跨界面的Fe-Al间成键,从而加强了Al层与Fe基体的结合,且结合强度由强到弱依次为:掺Zn>掺Mn>掺Ni;与实验比较吻合.最后对掺杂Zn的增韧机理加以解释.