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     

几种三元过渡金属碳化物弹性及电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论平面波方法研究了六方WC型Re_xW_1－xC(x=1, 0.25, 0.75, 0),Re_0.5Os_0.5C和Os_0.5W_0.5C的晶体结构、弹性和电子结构性质.研究发现Re_0.25W_0.75C晶体具有优异的弹性性能及稳定性,其剪切模量(312 GPa)超过了所有其他实验合成和     

IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

基于密度泛函理论平面波方法研究了IVB族过渡金属氮化物TiN, ZrN, HfN的电子结构、 弹性性质和光学性质. 研究表明, IVB族过渡金属氮化物晶格的电子结构分别体现了共价性、 离子性和金属性, 且基态下体系呈金属性. 各晶格在坐标基矢方向上的杨氏模量的数值与体对角线方向上的差距明显, 体现出典型的弹性性质各向异性, 这导致了实验研究在制备其薄膜时不可避免地产生晶格畸变与微裂纹. 伴随着态密度中赝隙的红移, TiN, ZrN, HfN的金属性依次增强, 使得材料在力学性能方面脆性减弱, 单晶的各向异性程度提升, 以及光学性质方面电子跃迁机理由带内跃迁到带间跃迁转变所需入射光子能量的蓝移和光谱选择性能的下降. 因此, 通过降低IVB族过渡金属氮化物中自由电子的组分以加强材料的共价性, 有利于提高材料弹性性质的各向同性, 改善材料的光谱选择性能. 关键词： 第一性原理 弹性性质 光学性质     

过渡金属(Ni)掺杂ZnV2O4的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论下的MS软件模拟了过渡金属Ni掺杂ZnV₂O₄前后的能带结构、态密度以及光学性质.结果表明：ZnV₂O₄具有间接的光学跃迁且能带间隙为0.355 eV,Ni掺杂后能带间隙增加为0.785 eV,且带隙类型不变,引入的Ni-3d轨道电子对ZnV₂O₄的价带和导带组成提供了较大贡献.光学性质结果表明ZnV₂O₄为一种低介电材料,在可见光区的吸收系数和折射率较低,主要表现为紫外吸收.掺杂Ni后,在可见光区的吸收特性和光电导率均增大,有效改善了ZnV₂O₄在可见光区的光电性能.     

Au-Sn金属间化合物的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,计算研究了Au-Sn二元系金属间化合物的生成焓、结合能、电子结构、弹性性质和结构稳定性. 计算结果表明：Au₅Sn合金的生成焓最小,说明Au₅Sn较容易生成,但Au₅Sn在热力学和力学上是不稳定的;AuSn₂和AuSn₄的键合作用较强,弹性模量、剪切模量均大于AuSn和Au₅Sn;从电子结构的角度,AuSn₂和AuSn₄ 的成键主要来自于Au原子d 轨道与Sn原子p轨道的杂化;而AuSn以Sn–Sn键的相互作用为主,Au₅Sn相中Au 的占比较大,导致Au–Au共价键发挥作用,抑制了Sn导带p电子的成键. 关键词： 电子结构 弹性性质 第一性原理 Au-Sn金属间化合物     

Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg2Sn基态的电子结构、弹性常数和热力学性质.计算结果表明Mg2Sn的禁带宽度为0.1198eV.运用线性响应方法确定了声子色散关系和态密度,得出Mg2Sn的热力学性质如等容比热和德拜温度.计算Mg2Sn的热导率并与实验数据相比较.     

A-La2O3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算A-La2O3的电子结构和光学性质.结果表明,A-La2O3,属于间接带隙氧化物,禁带宽度为3.72 eV;其价带主要由La的5s,5p和6s态电子以及O的2s和2p态电子构成,导带主要由La的5d态电子构成.经带隙校正后,计算得到A-La2O3在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、吸收光谱、反射光谱、损失函数和光电导谱.结果表明,A-La2O3,在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,并且具有从近紫外到红外的透明区域,为A-La2O3,的应用提供了理论依据.     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg₂Sn基态的电子结构、弹性常数和热力学性质.计算结果表明Mg₂Sn的禁带宽度为0.1198eV.运用线性响应方法确定了声子色散关系和态密度,得出Mg₂Sn的热力学性质如等容比热和德拜温度.计算Mg₂Sn的热导率并与实验数据相比较. 关键词： 第一性原理 电子结构 弹性常数 热力学性质     

过渡金属化合物OsB2与OsO2低压缩性的第一性原理计算研究

利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属化合物OsB2和OsO2的金红石相、黄铁矿相与萤石相三种结构在高压下的状态方程和结构特性以及OsO2可能的高压相变.理论计算结果支持OsB2与OsO2的萤石相是潜在超低可压缩性的硬性材料.同时,也分析了它们的电子结构,力求理解大体变模量和高硬度的微观机制.结果表明,可以利用过渡金属高的价电子浓度,掺入硼、氧、碳、氮等轻的元素形成强的方向键,这可能提供了一种合成超硬材料的新途径.     

过渡金属化合物OsB2与OsO2低压缩性的第一性原理计算研究

利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算, 研究了过渡金属化合物OsB₂和OsO₂的金红石相、黄铁矿相与萤石相三种结构在高压下的状态方程和结构特性以及OsO₂可能的高压相变.理论计算结果支持OsB₂与OsO₂的萤石相是潜在超低可压缩性的硬性材料.同时，也分析了它们的电子结构，力求理解大体变模量和高硬度的微观机制.结果表明，可以利用过渡金属高的价电子浓度，掺入硼、氧、碳、氮等轻的元素形成强的 关键词： 过渡金属化合物 密度泛函理论 低压缩性 高压     

First-principles calculations of the monoclinic transition-metal doped NaMnO2 cathode material

ABSTRACT

Using spin-polarised generalised gradient approximation (GGA?+?U), I successfully investigate the electronic properties of the monoclinic NaMnO₂ doped with Cr, Fe and V atom to enhance the electrochemical performance. The expansion of volumes is induced by the dopants. The lowest conduction band and highest valence band are mostly from d orbital of Mn atom and transition-metal dopants which are responsible for the electronic conductivity. Na(Mn, Fe)O₂ is a semiconductor with the reduced band gap. Cr and V doping in NaMnO₂ compound reveal the half-metallic performance. The enhancement of the insertion potentials is induced by transition-metal dopants. The electronic conductivity of NaMnO₂ cathode material is improved by Cr-doping scheme. Finally, this research presents the new horizons for the expenditure of transition-metal doping for designing and improving the NaMnO₂ cathode materials in Na-ion rechargeable batteries.