脉冲磁控溅射MoS2-Ti涂层常温及高温真空摩擦磨损性能

利用脉冲磁控溅射法,以铝青铜合金(C63200)和硅片为基底,制作不同Ti含量的MoS₂-Ti复合涂层。通过XRD、SEM、EDS、光学显微镜、多环境摩擦试验机等表征了涂层的结构成分和摩擦性能。结果表明：随Ti含量的增加,涂层致密度提升,S、Mo原子比上升。Ti的掺入使涂层由高度结晶态向非晶态转变。Ti含量增加,涂层摩擦磨损性能先上升再下降,常温真空下含3%Ti的涂层拥有稳定和低至0.015的摩擦系数,23%Ti的涂层失去润滑性。温度升高到400℃,涂层摩擦系数由0.015~0.04上升至0.07~0.1,含13%Ti的涂层高温真空下在800s后润滑失效。磨痕形貌显示,含3%Ti的涂层磨痕最窄,温度升高宽度增加不大,含13%Ti的涂层磨损严重,400℃真空环境下很快磨穿,纯MoS₂和13%Ti涂层摩擦时发现大量磨粒和破碎磨屑。     

掺杂对MoS2吸附H2的电子结构影响

本文应用Materials Studio软件对MoS₂分别进行了Si、O、N原子的替换掺杂,以探究掺杂和吸附对MoS₂材料的电子结构的影响。研究发现：稳定性由强到弱依次为：O-MoS2-H₂、MoS₂-H₂、N-MoS₂-H₂、Si-MoS₂-H₂,即O-MoS₂-H₂的形成能最低,为相对最稳定的结构;掺杂后体系的成键形式更有可能为离子键;吸附和掺杂均能影响MoS₂电子结构,MoS₂-H₂、O-MoS₂-H₂、Si-MoS₂-H₂能隙值处于0～2.0eV之间,体系表现为半导体性,N-MoS₂-H₂能隙值为0eV,体系表现为金属性;掺杂体系中总态密度主要是...     

MoS2/SiO2界面黏附性能的尺寸和温度效应

探索二维材料与其衬底之间的黏附性能对于二维材料的制备、转移以及器件性能的优化至关重要.本文基于原子键弛豫理论和连续介质力学方法,系统研究了尺寸和温度对MoS₂/SiO₂界面黏附性能的影响.结果表明,由于表面效应引起的热膨胀系数、晶格应变和杨氏模量的变化, MoS₂/SiO₂界面黏附能随MoS₂厚度的减小而增大,而热应变使MoS₂/SiO₂界面黏附能随温度的升高而逐渐降低.此外,预测了在不同尺寸和温度下MoS₂在SiO₂衬底上的“脱落”条件,系统阐述了MoS₂与SiO₂衬底之间黏附性能的物理机制,为基于二维材料电子器件的优化设计提供了理论基础.     

基于密度泛函理论探究拉伸应变对MoS2光电性能影响

本文用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了拉伸应变对MoS₂光电性能的影响.发现:稳定性最强的为本征MoS₂,最弱的为拉伸形变为30%的MoS₂模型.拉伸形变使Mo-S原子键长增大,周围电荷密度降低,键强减弱,并可以一定程度上改变Mo-S原子最外层电子的杂化强度及价带顶和导带底的电子移动.不同拉伸形变MoS₂模型对应的反射系数,随着拉伸应变的增加,反射峰值也逐渐增大.且频率范围在8.8 eV-9.15 eV区间内,紫外光处有较高的透光率,有望用于制备紫外光传感器等材料.     

常压CVD法合成铌掺杂少层MoS2

利用粉体NbCl₅作为Nb掺杂源,采用常压CVD方法合成了大尺寸Nb掺杂的少层MoS₂薄膜。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜观察获得了该薄膜样品的形貌和厚度信息。拉曼光谱和X射线光电子谱测试证实了Nb被掺入到了MoS₂薄膜中,Nb掺杂的MoS₂合金薄膜已经形成。最后,对Nb掺杂的少层MoS₂薄膜的电学性质进行了测试。     

CuPc/MoS2范德瓦耳斯异质结荧光特性

在众多二维材料中,过渡金属硫族化合物由于其具有独特的光电特性深受广大研究者喜爱.近年来,由二维过渡金属硫族化合物材料与有机半导体结合构建的范德瓦耳斯异质结受到极大的关注.这种异质结可以利用两者的优势对光电特性等性能进行调控,为许多基础物理和功能器件的构建提供了研究思路.本文构建了酞菁铜/二硫化钼(CuPc/MoS₂)范德瓦耳斯异质结,并对其荧光特性进行了表征和分析.与单层MoS₂相比较发现,引入有机半导体CuPc后,异质结当中发生了明显的荧光淬灭现象.通过荧光分析,该现象可以用引入CuPc后异质结中负三激子与中性激子之比增加来解释.此外,通过第一性原理计算分析发现,引入CuPc会在MoS₂的禁带中引入中间带隙态,使得CuPc与MoS₂之间产生非辐射复合,这同样会导致荧光淬灭的发生.CuPc/MoS₂异质结的荧光淬灭现象可以为同类型范德瓦耳斯异质结的光电特性调控研究提供参考和思路.     

CVD法单层MoS2在209Bi离子辐照下的损伤效应研究

通过光学显微镜、拉曼光谱确定了CVD（化学气相沉积法）制备的不同厚度MoS₂的层数,采用拉曼分析结合原子力显微镜观测分析了由HIRFL提供的高能209Bi离子辐照CVD制备的单层MoS₂样品随辐照注量的损伤规律。随辐照注量增加,E_2g1和A_1g两种声子振动模式对应的拉曼峰逐渐蓝移,且拉曼特征峰强度减弱,这是由于带正电荷的209Bi辐照产生潜径迹型晶格缺陷吸附空气中氧分子而引入p型掺杂引起的。同时,在辐照注量为5×1010 ions/cm2的单层MoS₂的AFM图像中观察到潜径迹主要以凹坑形式出现,与机械剥离法观测到的凸起径迹明显不同,分析了不同制备工艺对径迹形貌的影响。比较了机械剥离法制备MoS₂样品的拉曼光谱和AFM成像的实验数据和结果,认为不同制备方法会影响单层或少层MoS₂的电子密度。The layer number of MoS₂ with different thickness was determined by the optical microscope and Raman spectra. And the damage effect of the CVD (chemical vapor deposition) prepared single-layer MoS₂ sample irradiated by 209Bi ions was analyzed by the combination of Raman analysis and AFM observations. With the increase of irradiation fluence, the Raman characteristic peaks of E_2g1 and A_1g corresponding to both phonon vibration modes gradually bluely shift, and the intensity of the peaks obviously decreased. This is due to the fact that the 209Bi ion irradiation results in the latent track type lattice defects and they adsorb the oxygen molecules in the air ended with the p-type doping. Meanwhile, from the AFM image of the mono-layer of irradiated MoS₂ under the 5×1010 ions/cm2, it can been seen that latent tracks mainly occur in the form of pits, which different from the hillock tracks observed by mechanical stripping method. The influence of different preparation technology to the track morphology is analyzed. Compared with the Raman and AFM results of MoS₂ prepared by mechanical stripping, it is considered that different preparation methods will affect the electron density in single or few layers of MoS₂.     

MoS2中S原子空位形成的非绝热动力学研究

缺陷是半导体领域中最核心的问题.采用含时密度泛函方法,模拟了S原子脱离MoS₂晶格形成空位缺陷过程中的电子动力学行为,发现该过程中存在显著的非绝热效应.非绝热效应导致S原子需要消耗更多能量以脱离晶格形成空位缺陷.随着S原子的初始动能增大,其脱离晶格形成空位的能量势垒也持续增大,并且在初始动能达到22 eV附近时发生了阶跃式的增长.这是由朗道-齐纳电子跃迁和能级间库仑作用共同导致的.非绝热效应还改变了脱离晶格的S原子上电荷的轨道分布,以及晶格中缺陷附近的电荷分布.此外,还发现该过程中自旋轨道耦合十分重要,必须被考虑.本文阐明了MoS₂中S原子空位的形成机制,尤其是电子非绝热动力学的重要作用,为进一步研究缺陷对材料物理性质的调控提供了理论基础.     

V,Cr,Mn掺杂MoS2磁性的第一性原理研究

基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论分别研究了过渡金属V, Cr, Mn掺杂单层MoS₂的电子结构、 磁性和稳定性. 结果表明: V和Mn单掺杂均能产生一定的磁矩, 而磁矩主要集中在掺杂的过渡金属原子上, Cr单掺杂时体系不显示磁性. 进一步讨论双原子掺杂MoS₂ 体系中掺杂原子之间的磁耦合作用发现, Mn掺杂的体系在室温下显示出稳定的铁磁性, 而V掺杂则表现出非自旋极化基态. 形成能的计算表明Mn掺杂的MoS₂体系相对V和Cr 掺杂结构更稳定. 由于Mn掺杂的MoS₂ 不仅在室温下可以获得比较好的铁磁性而且其稳定性很高, 有望在自旋电子器件方面发挥重要的作用. 关键词： 2')" href="#">单层MoS₂ 掺杂 铁磁态 第一性原理     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

胶体二硫化钼的高压拉曼散射研究

 测量了平均直径为4 μm的胶体二硫化钼粉剂的高压拉曼光谱。实验结果表明,高压下胶体二硫化钼拉曼峰位随压力增大向高波数方向移动,而峰强随压力增大而减小且峰宽展宽。通过对拉曼峰位移随压力变化的曲线分析,得到了胶体二硫化钼的两个振动模式E¹_2g和A_1g的模式格林爱森常数值。     

Co对单层MoS_2电子结构与磁性的影响

为了研究Co对单层MoS_2电子结构和磁性的影响,本文基于第一性原理,采用数值基组的方法计算了Co吸附式掺杂、Co替代式掺杂单层MoS_2的能带结构、态密度以及分析了其结构的稳定性.结果发现:Co替换式掺杂体系的形成能较低,实验上容易实现;Co在Mo位吸附的稳定性强于在S位吸附;Mo位吸附体系的总磁矩为0.999μB,其磁矩的主要来源于Co原子的吸附所贡献的0.984μB,Co原子的掺杂体系总磁矩为1.029μB,其磁矩的主要由Co原子替代掉一个Mo原子所贡献的磁矩为0.9444μB,相比于吸附体系,Co原子对磁矩的贡献率有所降低;无论是Co吸附在单层MoS_2表面还是Co直接替代掉Mo原子的掺杂体系,Co原子3d轨道的引入是引起单层MoS_2体系磁性的主要原因.     

剪切形变下掺杂及缺陷对MoS2电子结构的影响

本文利用密度泛函理论,研究剪切形变下掺杂改性及不同类型缺陷对MoS2电子结构的影响。发现：剪切形变下,MoS2+P体系为相对最稳定的结构,掺杂改性相较于缺陷对模型稳定性影响更小;模型MoS2+P+Se中P-Mo键易形成共价键,而其中的Se-Mo键和MoS2+P-Mo-S模型中的P-Mo键,易形成离子键;掺杂使MoS2模型能隙变大,而缺陷使能隙减小,且S和Mo原子共缺陷的模型带隙为0;缺陷相较于掺杂改性模型,更能使Mo原子周围增加电荷聚集度,带隙值更低,更能影响或调控模型的电子结构。     

过渡金属原子掺杂对单层MoS_2磁性的影响

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法分别计算了本征及过渡金属掺杂单层MoS_2的晶格参数、电子结构和磁性性质.计算结果显示,过渡金属掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径有联系,但并不完全取决于共价半径的大小.分析电子结构可以看到,VIIB、VIII和IB族杂质中除Ag和Re外的掺杂体系都对外显示磁性,磁矩主要集中在掺杂的过渡金属原子上.掺杂体系的禁带区域都出现了数目不等的杂质能级,这些杂质能级主要由杂质的d、S的3p和Mo的4d轨道组成.     

Friction and wear properties of PA6 filled PTFE composites under oil lubrication

Blending polytetrafluorothylene (PTFE) to PA6 at different compositions was produced in a corotating twin-screw extruder where, PTFE acts as the polymer matrix and PA6 as the dispersed phase. The tribological properties of PTFE composites filled with PA6 under oil lubrication were investigated. The worn surface morphologies of neat PTFE and its composites were examined by scanning electron microscopy (SEM) and the wear mechanisms were discussed. The presence of PA6 particles dispersed in the PTFE continuous phase exhibited superior tribological characteristics to unfilled PTFE. The optimum wear reduction was obtained when the content of PA6 is 30 vol%.     

缺陷对单层MoS2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS2的电子结构, 本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理, 采用数值基组的方法计算了MoS2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现：Mo位缺陷、S位缺陷的MoS2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点, 为直接带隙材料; 其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级, S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级; 缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言, Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值, 表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现, Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象, S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

缺陷对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS_2的电子结构,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用数值基组的方法计算了MoS_2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现:Mo位缺陷、S位缺陷的MoS_2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点,为直接带隙材料;其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级,S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级;缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言,Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值,表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现,Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象,S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

Vacuum current-carrying tribological behavior of MoS2-Ti films with different conductivities

Current-carrying sliding is widely applied in aerospace equipment, but it is limited by the poor lubricity of the present materials and the unclear tribological mechanism. This study demonstrated the potential of MoS₂-based materials with excellent lubricity as space sliding electrical contact materials by doping Ti to improve its conductivity. The tribological behavior of MoS₂-Ti films under current-carrying sliding in vacuum was studied by establishing a simulation evaluating device. Moreover, the noncurrent-carrying sliding and static current-carrying experiments in vacuum were carried out for comparison to understand the tribological mechanism. In addition to mechanical wear, the current-induced arc erosion and thermal effect take important roles in accelerating the wear. Arc erosion is caused by the accumulation of electric charge, which is related to the conductivity of the film. While the current-thermal effect softens the film, causing strong adhesive wear, and good conductivity and the large contact area are beneficial for minimizing the thermal effect. So the moderate hardness and good conductivity of MoS₂-Ti film contribute to its excellent current-carrying tribological behavior in vacuum, showing a significant advantage compared with the traditional ones.     

拓扑相MoS2电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理对二维拓扑相1T′-MoS₂和2M-MoS₂的电子结构、有效质量和光学性质进行研究,并将其与二维H-MoS₂进行对比分析.研究表明,电子有效质量大小关系为：2M-MoS₂22,空穴有效质量大小关系为：T′-MoS₂<2M-MoS₂2,但2M-MoS₂的空穴有效质量和T′-MoS₂相差不大,二者均适用于高性能电子器件.由于拓扑相1T′-MoS₂和2M-MoS₂均存在能带反转,导致带间相关性以及导带和价带的波函数重叠增强,进而光电流响应增强,二者的光学性质均优于H-MoS₂. 2M-MoS₂具有较大的吸收系数和光电导率,2M-MoS₂对红外光和紫外光有着优...