Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算

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,计算了Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO2/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO2中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明:Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利于促进NiTi合金抗氧化性能的提高.     

Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb元素掺杂对B2构型NiTi金属间化合物电子结构的影响.点缺陷生成能的计算结果表明,Nb原子掺杂后,NiTi中产生Ni原子和Ti原子空位和反位点缺陷所需要的能量均明显升高;态密度计算结果表明,Nb原子掺杂后与临近原子发生了明显的s-s, p-p和d-d电子相互作用,增加了与临近原子之间的电荷密度,有利于Nb与合金原子的成键.这些由Nb掺杂所导致的NiTi电子结构和键合特征的变化均有利于促进Nb与合金原子的相互作用,在一定程 关键词： NiTi金属间化合物 点缺陷 电子结构 第一性原理计算     

Magnéli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magnéli相亚氧化钛Ti₈O₁₅的电子结构和光学性能. 计算出的能带结构显示Ti₈O₁₅相比锐钛型TiO₂禁带宽度大幅度降低. 态密度分析表明, 其原因在于Ti₈O₁₅的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p, 3d轨道相对于TiO₂的相应轨道向左产生了偏移, 同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d, 3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级. 态密度分析结果还显示, 相对于TiO₂, Ti₈O₁₅ Fermi能级附近电子格局发生了如下变化: O原子的2p轨道电子贡献减少, Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大. 光吸收计算图谱表明, TiO₂仅在紫外光区有较高的光吸收能力, 而Ti₈O₁₅由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区, 从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力, 计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致. 关键词： 第一性原理 8O₁₅')" href="#">Magnéli相亚氧化钛Ti₈O₁₅ 电子结构 光学性能     

Magnli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magneli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能.计算出的能带结构显示Ti₈O₁₅相比锐钛型TiO₂禁带宽度大幅度降低.态密度分析表明,其原因在于Ti₈O₁₅的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p,3d轨道相对于TiO₂的相应轨道向左产生了偏移,同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d,3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级.态密度分析结果还显示,相对于TiO₂,Ti₈O₁₅Fermi能级附近电子格局发生了如下变化:O原子的2p轨道电子贡献减少,Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大.光吸收计算图谱表明,TiO₂仅在紫外光区有较高的光吸收能力,而Ti₈O₁₅由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区,从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力,计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致.     

N掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

为了研究N掺杂对锐钛矿型TiO₂电子结构的影响，进而揭示N掺杂导致锐钛矿型TiO₂的禁带宽度变小的机理，对N掺杂TiO₂进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究. 通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析，发现在N掺杂后，N原子与Ti原子在导带区，发生了强烈的相互关联作用，致使Ti原子3d轨道上的电子向N原子2p轨道发生移动，使得导带降低了，从而使得TiO₂导带的禁带宽度变小.理论预测可以发生红移现象，与实验结果对比分析，理论与实验基本相符. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 电子结构     

锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了锐钛矿相和金红石相TiO₂:Nb的晶体结构、电子结构和光学性质. 结果表明, 在相等的摩尔掺杂浓度下(6.25%), 锐钛矿相TiO₂:Nb的导带底电子有效质量小于金红石相TiO₂:Nb, 且前者室温载流子浓度是后者的两倍左右, 即具有更大的施主杂质电离率, 从而解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb具有更优异电学性能的实验现象. 光学计算也表明锐钛矿相在可见光区有更大的透过率, 从而在理论上解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb更适于做透明导电材料的原因. 计算结果与实验数据能较好符合. 关键词： 2:Nb')" href="#">TiO₂:Nb 第一性原理 电子结构 光学性能     

第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO₃(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO₂表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO₂表面结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO₂表面附近Ti—O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强. 关键词： 第一性原理 钛酸钡 电子结构 表面能     

金红石型TiO2(110)表面性质及STM形貌模拟

采用密度泛函理论从头计算了金红石型TiO₂(110)表面的相关性质,切片模型含有9层原子,采用化学整比表面结构,晶胞真空层厚度为1.5nm,原子价电子采用超软赝势表达.差分电子密度分布图发现原子附近区域电子密度分布以球对称为主,电子定域形成离子键的趋势较强,但在Ti和O原子之间存在较弱的共价键.模拟了金红石型TiO₂(110)表面结构的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)图像,利用Tersoff-Hamann的成像理论,在+2V的正向偏压下,采用一系列变化的数值作为STM探针离表面桥式氧的距离,分析了相关态密度的变化,发现(110)表面的STM形貌凸起部分来自于5—Ti原子,而不是2—O原子(桥式氧),在TiO₂(110)表面结构成像中,电子效应起主导作用,证实了STM实验观察到的亮行是Ti原子的结果. 关键词： 功能材料 密态泛函理论 表面结构 STM像     

锐钛矿型TiO2(101)面原子几何及弛豫结构的第一性原理计算

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对TiO₂(101)面的6种不同的表面原子终止结构的体系总能量进行了计算,结果表明终止原子为两配位的O原子、次层为五配位的Ti原子的表面结构最为稳定.针对该表面研究了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为12层,真空厚度为0.4nm时,表面能收敛度小于0.01J/m².研究发现:表面上两配位的O原子向里移动约0.0012nm,五配 关键词： 第一性原理 2')" href="#">TiO₂ 表面结构 弛豫     

NiTi合金的第一性原理研究

采用第一原理平面波方法,计算了NiTi合金B2相的体相性质,如晶格常数,形成能和结合能,弹性常数,计算的结果和实验数据以及别人的计算结果符合得很好.其次,计算了NiTi(100),(110)表面的几何结构和电子结构,计算结果表明,(100)表面具有表面振荡现象,(110)表面产生了表面波纹,最外层的Ti原子相对理想表面向真空层移动了0.198?,Ni原子向表面内移动了0.122?.比较表面的电子结构,NiTi(100)表面Ti端位较Ni端位更容易发生反应,而(110)表面较体相更稳定. 关键词： NiTi 第一性原理 电子结构 表面     

Nb-Ti-Al合金高温氧化机理电子理论研究

采用递归法计算了Nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能和团簇能等电子结构参数,研究Nb合金高温氧化机理.研究表明,氧在Nb合金表面的吸附能较低,易在合金表面吸附,并逐渐扩散到Nb合金的基体中.氧在合金基体中镶嵌能为负值,氧的态密度和Nb相似,在Nb中具有很高的溶解度.Ti,Al在合金晶内的镶嵌能均高于各自在合金表面的镶嵌能,Ti,Al从合金内部向合金表面扩散,最终在Nb合金表面偏聚,形成富Ti,Al的表层.团簇能计算结果表明Nb合金表面的Ti,Al原子各自均有聚集倾向,分别形成Ti和Al原子团.氧与合金     

Effect of substrate temperature on the surface and interface oxidation of NiTi thin films

NiTi shape memory alloy thin films are deposited on pure Cu substrate at substrate ambient temperatures of 300 °C and 450 °C. The surface and interface oxidation of NiTi thin films are characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). After a subsequent annealing treatment the crystallization behavior of the films deposited on substrate at different temperatures is studied by X-ray diffraction (XRD). The effects of substrate temperature on the surface and interface oxidation of NiTi thin films are investigated. In the film surface this is an oxide layer composed of TiO₂. The Ni atom has not been detected on surface. In the film/substrate interface there is an oxide layer with a mixture Ti₂O₃ and NiO in the films deposited at substrate temperatures 300 °C and 450 °C. In the films deposited at ambient temperature, the interface layer contains Ti suboxides (TiO) and metallic Ni.     

Fabrication,characterization and biocompatibility of TiO2 nanotubes via anodization of Ti6Al7Nb

Ti6Al7Nb has been used as an implant material because of its good corrosion resistance and high mechanical properties. However, the presence of aluminium (Al), which may lead to ostemalacia, anaemia and nervous system disorders, limited its wide clinical use. In this study, a titanium oxide (TiO₂) nanoporous layer was fabricated on a Ti6Al7Nb alloy using an electrochemical anodic oxidation method. The structure of the TiO₂ nanoporous layer was examined by scanning electron microscopy. The chemical compositions of the samples were analysed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Biocompatibility was evaluated by culturing rat osteoblast cells. The result showed that TiO₂ nanoporous layers comprise a mixed oxide containing TiO₂ and a small amount of nobium oxides (Nb₂O₅) and almost no elemental aluminium. The outer layer of the TiO₂ nanoporous layer comprises highly ordered nanotubes and the inner layer forms disordered nanopores. The TiO₂ nanoporous layer could support the adhesion, proliferation, differentiation and gene expression of osteoblast cells. Therefore, a TiO₂ nanoporous layer could enhance the biocompatibility of Ti6Al7Nb alloy and is as a promising candidate for Ti6Al7Nb alloy implants.     

Surface XPS characterization of NiTi shape memory alloy after advanced oxidation processes in UV/H2O2 photocatalytic system

Surface structure of NiTi shape memory alloy (SMA) was modified by advanced oxidation processes (AOP) in an ultraviolet (UV)/H₂O₂ photocatalytic system, and then systematically characterized with x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It is found that the AOP in UV/H₂O₂ photocatalytic system leads to formation of titanium oxides film on NiTi substrate. Depth profiles of O, Ni and Ti show such a film possesses a graded interface structure to NiTi substrate and there is no intermediate Ni-rich layer like that produced in conventional high temperature oxidation. Except TiO₂ phase, some titanium suboxides (TiO, Ti₂O₃) may also exist in the titanium oxides film. Oxygen mainly presents in metal oxides and some chemisorbed water and OH⁻ are found in titanium oxides film. Ni nearly reaches zero on the upper surface and relatively depleted in the whole titanium oxides film. The work indicates the AOP in UV/H₂O₂ photocatalytic system is a promising way to favor the widespread application of biomedical NiTi SMA by improving its biocompatibility.     

Electronic structure and hot carrier relaxation in ⟨001⟩ anatase TiO2 nanowire

We present an electronic structure and non-adiabatic excited state dynamics study of ?001? anatase TiO₂ nanowire (NW) by combining density matrix formalism and ab initio electronic structure calculations. Our results show that quantum confinement increases the energy gap as the dimension of TiO₂ is reduced from the bulk to a NW with a diameter of several nanometres and that the probability of electronic transitions induced by lattice vibrations for the NW follows band gap law. The electron non-radiative relaxation to the bottom of the conduction band is involving Ti 3d orbitals, while the hole non-radiative relaxation of holes to the top of the valence band occurs by subsequent occupation of O 2p orbitals.     

Electronic structure and optical properties of Nb-doped Sr2TiO4 by density function theory calculation

This paper investigates the effect of Nb doping on the electronic structure and optical properties of Sr2TiO4 by the first-principles calculation of plane wave ultra-soft pseudo-potential based on density functional theory(DFT).The calculated results reveal that due to the electron doping,the Fermi level shifts into conduction bands(CBs) for Sr2 Nb x Ti1 x O4 with x=0.125 and the system shows n-type degenerate semiconductor features.Sr2TiO4 exhibits optical anisotropy in its main crystal axes,and the c-axis shows the most suitable crystal growth direction for obtaining a wide transparent region.The optical transmittance is higher than 90% in the visible range for Sr2 Nb 0.125Ti0.875O4.     

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO₂的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大; S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO₂的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO₂在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO₂电子结构和光催化性能影响的差别. 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ S掺杂 第一性原理 光催化性能