Ru掺杂MoS2对SO2F2和H2S气体吸附的第一性原理研究

本文基于第一性原理探讨了Ru掺杂的单层MoS₂(Ru-MoS₂)的结构及其对SF₆绝缘设备中的两种主要分解气体SO₂F₂和H₂S的传感和吸附行为。Ru原子进入硫空位从而产生Ru-MoS₂,结果表明,Ru-MoS₂对SO₂F₂和H₂S气体的吸附能(E_ad)分别为-1.52和-2.11 eV,属于化学吸附。通过能带分析(BS)和态密度(DOS)分析进一步证明了两个体系的吸附性能,并阐述了Ru-MoS₂用于电阻式气体传感器时的气体吸附传感机制。除此之外,本文在理论上探索了不同温度下Ru-MoS₂解吸附SO₂F₂和H₂S的恢复时间,在598 K温度下,SO₂F₂吸附体系的恢复时间为6...     

(AlxGa1-x)2O3结构、电子和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同Al掺杂浓度β-Ga₂O₃(即(Al_xGa_1-x)₂O₃)的晶体结构、电荷密度分布、能带结构、态密度和光学性质,并对本征β-Ga₂O₃和不同Al掺杂浓度的β-Ga₂O₃的计算结果进行了分析对比。结果表明,随着Al掺杂浓度的增加,(Al_xGa_1-x)₂O₃的晶格常数和键长均单调减小,而带隙逐渐增大。β-Ga₂O₃导带底上方存在主要由Ga 4s和Al 3p轨道组成的中间带,Al掺杂在此中间带引入杂质能级,从而导致带隙增加。同时,Al的引入使态密度向高能侧偏移了近3 eV,也导致了带隙的增加。根据光学性质的计算结果,在掺杂Al后,介电函数的虚部和吸收系数均观察到明显的蓝移现象。这是由价带顶中的O 2p...     

稀土金属Y掺杂锐钛矿TiO2(101)表面的改性

为了掌握Y原子掺杂在锐钛矿TiO₂(101)表面的稳定吸附位置和电子结构变化,提高其表面光催化活性,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Y原子掺杂在完美的、带有亚表层氧空位和带有表层氧空位的锐钛矿TiO₂(101)表面的结构稳定性和电子性能。结构优化和电荷密度结果表明,Y原子可以稳定吸附在三种不同的表面上。在完美表面吸附时,Y原子最稳定的吸附位置是两个三配位O原子之间的空位;与完美表面类似,在带有亚表层氧空位表面吸附时,Y原子最稳定吸附位置是与氧空位邻近的两个三配位O原子之间的空位;而在带有表层氧空位表面吸附时,Y原子则停留于氧空位邻近的四配位Ti原子位置上最稳定。电荷密度计算结果也表明Y原子与这三种表面结合非常稳固。电子态密度计算结果表明,在带有表层氧空位的锐钛矿TiO₂(101)表面引入Y原子会在费米面附近的带隙中引入缺陷态,带隙从1.67 eV降至1.44 eV,这有可能引起电子的分级跃迁,提高表面光催化能力。本文的研究为利用单原子Y掺杂提高TiO₂(101)表面光催化能力提供了理论...     

SnS2气敏材料研究进展

气体传感器能够有效检测浓度低于人类嗅觉极限的有毒有害及易燃易爆等气体,在军事国防、环境安全、医疗诊断等领域具有重大的研究意义。其中电阻式气体传感器因其成本低廉,普遍适用于民用气体检测而受到广泛应用。气敏材料是气体传感器的核心,设计合成合适的气敏材料对发展高性能气体传感器至关重要。本文在简单介绍气体传感器、电阻式气体传感器以及电阻式气体传感器常用的几种传感材料的基础上,聚焦于n型半导体SnS₂气敏材料,归纳了该材料的结构与性质,重点阐述了提升SnS₂气敏材料传感性能的方法,包括空位工程、热激活工程、光激活工程和异质结工程,并对SnS₂气敏材料的研究趋势进行了展望。     

具有n-n型异质结的复合材料Bi2S3/MIL-125(Ti)光电性能研究

以硫代硫酸钠·五水合物(Na₂S₂O₃·5H₂O)、硝酸铋·五水合物(BiN₃O₉·5H₂O)为硫源和铋源,尿素(CON₂H₄)为结构导向剂,制备了纳米棒状结构的硫化铋(Bi₂S₃),使其原位生长在MIL-125(Ti)的笼状结构表面。PEC性能测试显示,在0.5 mol·L^-1的硫酸钠电解液(pH=6.0)中,Bi₂S₃/MIL-125(Ti)_0.07(MIL-125(Ti)加入量为0.07 g)的复合材料表现出最高的光电性能。光电性能的显著增强主要取决于Bi₂S₃/MIL-125复合材料的带隙重整效应,对紫外光以及可见光的吸收能力显著提高。但由于Bi₂S₃/MIL-125...     

基于第一性原理的单层WS2热输运特性研究

二维WS₂是一种层状过渡金属硫化物,因其具有特殊的层状结构、可调带隙及稳定的物理化学性质而备受关注。结合玻尔兹曼输运方程(BTE)和密度泛函理论(DFT),利用第一性原理研究了单层WS₂声子的输运特性,分析了声子的谐性效应和非谐性效应对WS₂晶格热导率的影响机理,计算了其声子的临界平均自由程,提出通过调整阻断频率的方法来调控WS₂的晶格热导率。研究结果表明：单层WS₂在300 K时的本征晶格热导率为149.12 W/(m·K),且随温度的升高而降低;从各声子支对总热导率的贡献来看,声学声子支起主要作用,特别是纵向声学(longitudinal acoustic, LA)声子支对单层WS₂热导率的贡献百分比最大(44.28%);单层WS₂声学声子支和光学声子支之间的较大带隙(声光学声子支之间无散射)导致其具有较高的晶格热导率。本文研究可为基于单层WS₂纳米电子器件的设计和改进提供借鉴和理论指导。     

单层BiSbTeSe2热电性能的第一性原理研究

本文利用第一性原理计算并结合玻尔兹曼输运方程,预测了一种热电性能优良的新型Bi₂Te₃基材料,即单层BiSbTeSe₂。通过系统计算单层BiSbTeSe₂的电子能带结构和热电输运性质,发现单层BiSbTeSe₂在300 K时的塞贝克系数达到最高值(522μV·K^-1),在500 K时功率因子与弛豫时间的比值最大为5.78 W·m^-1·K^-2·s^-1。除此之外,单层BiSbTeSe₂还具有较低的晶格热导率和较高的迁移率。在最佳p型掺杂下,单层BiSbTeSe₂在500 K时的热电优值ZT高达3.95。单层BiSbTeSe₂的优良性能表明其在300～500 K的中温热电器件领域具有潜在的应用价值,可以为进一步开发高性能Bi₂Te₃基热电材料提供设计依据。     

TiCl4分子填充扶手椅型碳管的条件控制及光电性能理论研究

采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究TiCl₄气体分子填充扶手椅型碳纳米管的吸附性能与光电性质,结果表明:扶手椅型碳纳米管对TiCl₄气体分子具有较强的物理吸附作用,研究构型的吸附能绝对值均超过0.9 eV,是TiCl₄气体分子理想的填充载体,随碳纳米管管径的增大,吸附能先增大后减小;温度升高不利于TiCl₄气体分子吸附,气体逸度增加有利于吸附,TiCl₄气体分子填充扶手椅型碳纳米管宜将温度维持在TiCl₄沸点附近,并增加气体的压力;TiCl₄的吸附对碳纳米管的电子结构进行了调控,使费米能级附近的态密度显著提高,使复合物的导电性增强,对赝能隙的大小没有明显影响,峰位仍由碳纳米管自身决定;TiCl₄的吸附对体系的光学参数影响有限,在增强复合物导电性的同时未使可见光区域吸收率、反射率、损失函数数值增大,可有效提升透明导电薄膜的性能。     

Er掺杂MnBi2Te4晶体生长及其微结构研究

MnBi₂Te₄是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体，具有重要的研究意义。本文通过在MnBi₂Te₄晶体中进行稀土元素掺杂，合成了Er掺杂MnBi₂Te₄晶体，Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中，考虑到目前晶体制备工艺周期较长，生成物存在Bi₂Te₃助熔剂等杂质的问题，对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明，利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi₂Te₄晶体结晶性能良好，不含杂质相。磁电输运测量结果显示，少量Er掺杂MnBi₂Te₄晶体的磁性增强，掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi₂Te₄晶体层间距进行了研究，发现层间距为单层MnBi₂Te₄的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi...     

CsSbSO4F2晶体的光学特性研究

通过溶液法合成了一种非中心结构长条状的CsSbSO₄F₂晶体.其晶体结构属于空间群Pna2₁,结构中[SbO₂F₂]与[SO₄]多面体共顶点连接形成了一维链状结构,Cs⁺填充在长链之间维持电荷平衡.利用Kurtz-Perry方法对晶体进行粉末倍频测试,表明CsSbSO₄F₂属于可相位匹配的物质,其倍频效应约为KH₂PO₄的0.65倍.紫外-可见光-近红外漫反射光谱显示,该物质的截止波长为233 nm.光学性能测试表明,CsSbSO₄F₂在紫外区域有潜在应用.     

NaCa2Mg2(VO4)3∶Eu3+颜色可调荧光粉的熔盐法合成及其发光性能研究

以廉价的NaCl为熔盐，采用熔盐法合成了NaCa_2-xMg₂(VO₄)₃∶xEu³⁺(0≤x≤0.10)系列颜色可调荧光粉，系统研究了合成条件、Eu³⁺掺杂对样品结构及发光性能的影响。结果表明，反应温度为800℃、反应时间为0.5 h、原料与熔盐的质量比为1∶3是合成NaCa₂Mg₂(VO₄)₃的适宜反应条件，所得样品为NaCa₂Mg₂(VO₄)₃纯相，且结晶度高。样品微观形貌随着反应温度的升高由珊瑚状演变为表面光滑的不规则多面体。Eu³⁺掺杂对NaCa₂Mg₂(VO₄)₃的晶体结构影响较小，但对其发光性能影响较大。随着Eu³⁺浓度(x)的增加，VO     

Gd2O3掺杂BiFeO3陶瓷的漏电流特性及磁性能研究

本文采用快速液相烧结法制备了Gd₂O₃掺杂BiFeO₃陶瓷，并对陶瓷样品进行了物相、形貌、漏电流特性和磁性能研究。XRD分析结果表明，Gd₂O₃的加入促进了富铋相(Bi₂₅FeO₄₀)的形成且使晶胞体积减小，同时陶瓷的物相由三方相向正交相转变；SEM分析结果表明，Gd₂O₃掺杂能起到细化陶瓷晶粒的作用；电学性能分析表明，陶瓷样品漏电流较大，但Gd₂O₃的掺杂可显著降低陶瓷的漏电流；漏电流特性分析结果表明，陶瓷在低电场下的漏电流特性是欧姆传导机制，在高电场下纯BiFeO₃陶瓷的漏电流特性为肖特基发射机制，但随着Gd₂O₃掺杂量的增加而逐渐变为空间电荷限制电流传导(SCLC)机制；磁性研究结果表明，掺杂引入的磁性Gd₂O₃颗粒均匀分布在陶瓷的晶...     

Ni、Mo共掺杂对SnO2材料性能影响的仿真研究

针对AgSnO₂触头材料存在的不足,采用基于密度泛函理论的第一性原理对SnO₂、Ni单掺杂、Mo单掺杂以及Ni-Mo共掺杂SnO₂材料进行了电性能与力学性质的研究,计算了各体系的形成能、能带结构、态密度、弹性常数等各项参数。结果表明,掺杂后的材料可以稳定存在,且仍为直接带隙半导体材料。与未掺杂相比,掺杂后体系的能带结构带隙值减少,其中Ni-Mo共掺杂时的带隙值最小,载流子跃迁所需能量减少,极大地改善了SnO₂的电性能;由弹性常数计算了剪切模量、体积模量、硬度等参数,其中Ni-Mo共掺杂时的硬度大幅降低,韧性增强,有利于AgSnO₂触头材料后续加工成型,且其普适弹性各向异性指数最小,不易形成裂纹。综合各项因素,Ni-Mo共掺杂能够很好地改善SnO₂的性能,为触头材料的发展提供了理论指导。     

LaNbO4∶Dy3+,Ca2+荧光粉的制备及发光性能研究

为提高蓝绿色荧光粉的发光性能，本文采用传统的高温固相法合成LaNbO₄∶Dy³⁺及LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺荧光粉样品。通过测试样品的XRD、荧光光谱和CIE色度坐标，研究Dy³⁺单掺，Dy³⁺、Ca²⁺共掺对LaNbO₄荧光粉性能的影响。结果表明：LaNbO₄∶Dy³⁺及LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺荧光粉的衍射峰都与标准卡衍射峰的位置相匹配。样品的激发光谱均由两个宽带激发峰和一系列尖锐激发峰组成，LaNbO₄∶Dy³⁺和LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺样品的最强激发峰位分别是387和472 nm。在波长为387 nm激发下，样品的最强发射峰值分别是575和477 ...     

X/g-C3N4(X=g-C3N4、AlN及GaN)异质结光催化活性的理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层g-C₃N₄以及X/g-C₃N₄(X=g-C₃N₄、AlN及GaN)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性质。结果表明,X/g-C₃N₄异质结的晶格失配率和晶格失配能极低,说明X/g-C₃N₄具有优异的稳定性。与单层g-C₃N₄相比,X/g-C₃N₄的带隙均减小,态密度的波峰和波谷均大幅提高且出现了红移现象,处于激发态的电子数量增加,使得电子跃迁变得更为容易,表明构建异质结有利于提高体系对可见光的响应能力。此外,X/g-C₃N₄的功函数均减小且在界面处形成了内建电场,有效抑制了光生电子-空穴对的复合,这对载流子的迁移以及光催化能力的提高大有裨益。其中,GaN/g-C₃N₄的功函数最小,在界面处存在电势差形成了内建电场且红移现象最明显,可推测GaN/g-C₃N₄的光催化性能最好。因此,本文提出的构建异质结是提高体系光催化活性的有效手段。     

高温扩散工艺制备带隙可调的β-(AlxGa1-x)2O3薄膜

β-(Al_xGa_1-x)₂O₃因其优异的抗击穿及带隙可调节性在现代功率器件及深紫外光电探测等领域展现出巨大的应用前景,然而传统直接生长工艺的复杂性和难度限制了其进一步的发展。因此,本文采用较为简单的高温扩散工艺在c面蓝宝石衬底上成功制备了β-(Al_xGa_1-x)₂O₃纳米薄膜。利用X射线衍射、原子力显微镜、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计对其进行了表征。由于高温下蓝宝石衬底中的Al原子向Ga₂O₃层扩散,β-Ga₂O₃薄膜将转变为Al、Ga原子比例不同的β-(Al_xGa_1-x)₂O₃薄膜。实验结果显示：当退火温度从1 010℃增加到1 250℃时,薄膜中Al的平均含量从0.033增加到0.371;当退火温度从950℃增加到1 250℃时...     

Mg-N阴阳离子共掺杂SnO2的第一性原理研究

基于密度泛函理论,利用第一性原理计算Mg-N阴阳离子双受主共掺杂SnO₂的电子结构、电荷密度分布和缺陷形成能.Mg、N分别取代SnO₂晶体中的Sn和O,掺杂浓度分别为4.17at;、2.08at;,Mg-N键之间的共价性明显高于Sn-O键,富氧条件下,Mg-N共掺杂的缺陷形成能为2.67 eV,有利于进行有效的受主替代掺杂.Mg单受主掺杂SnO₂时,增加了带隙宽度,费米能级进入价带,Mg-N共掺杂SnO₂时,带隙窄化,表现出明显的p型导电类型.     

铅基卤化物钙钛矿太阳电池的模拟研究

多元硫化物Cd_0.5Zn_0.5S和氧化亚铜Cu₂O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu₂O和Cd_0.5Zn_0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明:当光吸收层(CH₃NH₃PbI₃)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm;当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×10¹⁴ cm^-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小;此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为:开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm²,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu₂O/CH₃ NH₃PbI₃/Cd_0.5Zn_0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。     

Y掺杂WS2二维材料的第一性原理研究

WS₂由于其优异的物理和光电性质引起了广泛关注。本研究基于第一性原理计算方法,探索了本征单层WS₂及不同浓度W原子替位钇(Y)掺杂WS₂的电子结构和光学特性。结果表明本征单层WS₂为带隙1.814 eV的直接带隙半导体。进行4%浓度(原子数分数)的Y原子掺杂后,带隙减小为1.508 eV,依旧保持着直接带隙的特性,随着Y掺杂浓度的不断增大,掺杂WS₂带隙进一步减小,当浓度达到25%时,能带结构转变为0.658 eV的间接带隙,WS₂表现出磁性。适量浓度的掺杂可以提高材料的导电性能,且掺杂浓度增大时,体系依旧保持着透明性并且在红外光和可见光区对光子的吸收能力、材料的介电性能都有着显著提高。本文为WS₂二维材料相关光电器件的研究提供了理论依据。     

单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池数值模拟

单层二硫化钼(MoS₂)是一种具有优异光电性能的半导体材料,在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件,对单层n型MoS₂/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化,n型MoS₂的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3,p型c-Si的掺杂浓度为10¹⁷ cm^-3时,太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS₂/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响,发现界面态密度超过10¹¹ cm^-2·eV^-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。