立方相Ca2Ge结构稳定性的第一性原理研究

采用贋势平面波中的GGA和LDA两种近似方法分别计算立方相Ca2Ge在-6~8 GPa应力作用下的弹性特性、布局分析、电子结构和(100)面的电荷密度,分析应力作用下立方相Ca2Ge的结构稳定性.计算结果表明,当应力在-6~8 GPa范围,立方相Ca2Ge具有较好的力学稳定结构,体弹模量B、剪切模量G和杨氏模量E随应力的增加而增加,体弹模量B的增长呈线性增加,而剪切模量G和杨氏模量E的增长速率随应力的增加而减小.根据Pugh准则,当应力小于4 GPa时,立方相Ca2Ge表现为脆性,应力大于等于4 GPa时,表现为延性.根据布局分析结果,随着压力的增加,Ca原子4s态电子向3d态跃迁,立方相Ca2Ge化合物在较高压力下存在共价键,离子性降低.能带结构和态密度计算结果表明,应力在-4~8 GPa范围,带隙值随应力的增加而成线性降低,在-6~0 GPa应力下,Ca s态电子未参与成键,随着应力的增加,各电子态的能带线宽度增加,态密度的峰值宽度增加,表明电子云的重叠越大,电子间的成键强度加强.分析立方相Ca2Ge(100)面的电荷密度,得出(100)面上最大电荷密度值随应力的增加而减小,最小电荷密度值随应力的增加而增加,说明(100)面上电子局域性随应力的增加而降低,电子云的重叠程度随应力的增加而增大,电子轨道半径增大,成键强度增强.     

铁磁态Co基层状氧化物Ca2Co2O5电子状态的研究

采用平面波超软赝势法研究了低自旋状态Co基典型层状氧化物Ca2Co2O5的电子结构.结果表明,层状Co基氧化物Ca2Co2O5呈金属型能带结构,具有明显的各向异性,能带中含有5个子能带,其中费米能附近的能带数量较多,呈较宽的带状分布.自旋向上的电子形成半导体型能带,带隙宽度为0.37 eV,自旋向下的电子形成金属型能带.系统内部的电子对态密度贡献程度依s,p,d依次增大.Ca的电子形成的态密度对费米能附近的值贡献非常小,Co的d态电子对两层态密度贡献较大,其对系统电性能起着重要作用,且系统Co-O之间存在着较强的相互作用.Ca-Co-O层中的各态电子对态密度的贡献大于Co-O层中的各态电子对态密度的贡献.     

Mg掺杂对CaMnO3基热电氧化物电子结构及电性能的影响研究

采用超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了Mg掺杂Ca位CaMnO3基复合氧化物的能带结构、电子态密度和电荷分布状况,在此基础上分析了Mg掺杂氧化物的电性能.结果表明,Mg掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756eV减小到0.734eV.CaMnO3氧化物和Mg掺杂CaMnO3氧化物的自旋态密度曲线极值点均位于为-0.8eV附近.Mg掺杂CaMnO3氧化物中Mn原子对体系费米面态密度的贡献有所减小,O原子和Ca原子对体系费米面态密度的贡献有所增大.Mg原子比Ca原子具有更强的释放电子的能力,Mg掺杂对于CaMnO3氧化物属于电子型掺杂.Mg掺杂CaMnO3氧化物导电性能增强,电性能提高.     

压强效应下Ba2YNbO6的弹性性质与电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,计算了不同压强下立方结构双钙钛矿氧化物Ba2YNbO6的弹性性质与电子结构.计算结果表明:平衡状态下Ba2YNbO6为延展性材料,且延展性随压强的增大而提高;弹性常数,弹性模量和泊松比均随压强的增大近线性增大;Ba2YNbO6为直接带隙半导体,平衡状态下带隙宽度为2.55 eV,且带隙值随压强的增大而减小;费米面附近的能带主要由O 2p,Nb 4d和Y 4d层的电子态密度确定,增大压强使态密度峰有偏离费米面的趋势,并且态密度展宽,峰发生劈裂.     

各向异性压力对ZnS晶体结构和电子性能的影响研究

基于电子平面波密度泛函理论的方法研究分析了闪锌矿结构ZnS在未受压力和沿a,b和c轴方向上受0.5 GPa小压力条件下的晶体结构和电子性质.结果表明闪锌矿ZnS在0.5 GPa的不同方向小压力作用下,晶胞参数均发生增大,表现出较为明显的压力膨胀效应.压力对ZnS晶体结构的影响是各向异性的,其对ZnS晶体c轴方向的影响最大,压力作用下Zn-S键长也均增大.ZnS体系在0.5 GPa压力下稳定性增强,其在a轴受压力作用下能量最低.在a轴,b轴和c轴方向施加相同压力之后,ZnS的带隙宽度由2.059 eV分别减小到1.683 eV,1.681 eV和1.681 eV,但是其带隙类型未发生变化.ZnS材料体系中的p态电子对费米能级附近的贡献程度最高,而s态和d态电子对费米能级处的贡献程度均较低.     

立方晶系Ca2Si声子色散和热力学性质的第一性原理计算

采用模守恒贋势和超软贋势两种方法分别计算立方晶系Ca2Si的声子色散关系、声子态密度和热力学特性.运用线性响应方法和有限位移方法确定立方晶系Ca2Si的声子色散关系和声子态密度,得到立方晶系Ca2Si的声子振动模式是各向异性,且立方晶系的Ca2Si是不稳定结构.在声子色散关系确定的基础上分别计算定容热容、焓、熵和自由能随温度的变化关系,得到Cv-T曲线在低温条件下符合德拜第三定律;当T=1000K时,立方晶系Ca2Si的热熔Cr=21J·mol-1 ·K-1;在高温条件下,随着温度的增加Cv→3R.通过分析声子色散、振动关系和热力学特性得到立方晶系Ca2Si的振动系统由声子和电子组成.     

碳纳米管电荷分布对电子发射场增强因子影响的研究

本文通过分析碳纳米管的电荷分布规律,巧妙地将处于外电场中且端口封闭的金属性碳纳米管等效成电荷非均匀分布的球面,获得了包括端部球面电荷、管壁电荷与镜像电荷共同作用的场增强因子为β=1.14 h/R 2.62.结果表明:场增强因子是碳纳米管长径比h/R的线性函数,并与电荷分布密切相关.在此基础上,研究发现35%的管壁电荷对碳纳米管电子发射的场增强因子贡献约为9.7%,但仍远大于镜像电荷的影响.根据模型中电荷非均匀分布导致碳纳米管各处局域电场大幅度变化,解释了仅在球面的一定区域才大量发射电子且发射电流密度不均匀的实验现象.     

金属纳米线填充氮硼碳纳米管电子结构与光学性质的研究

基于第一性原理、密度泛函理论,通过CASTEP模块对填充金,银,铜纳米线的氮硼碳纳米管进行计算,研究其电子结构及光学性质.发现填充不同金属,稳定性由高到低分别为铜填充氮硼纳米管,银填充氮硼纳米管,金填充氮硼纳米管;体系能带图中带隙为零,即金属填充的氮硼纳米管使得本征(8,0)碳纳米管由半导体性转变为金属性;态密度分布中,价带处态密度主要由金属元素的d轨道和氮硼纳米管的s,p轨道贡献,导带处的态密度主要为氮硼纳米管的p轨道贡献;通过差分电荷密度图得知,填充金属的氮硼纳米管中共价键,离子键,金属键共存,光学性能中吸收系数峰值均增大,反射系数均出现红移.     

P和Al掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软贋势方法,分别计算了立方相Ca2Si及掺杂P、Al的电子结构和光学性质.结果表明:立方相Ca2Si是带隙为0.55483 eV的直接带隙半导体,价带主要由Si的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca 的3d、4s和Si的3p态电子共同构成,静态介电常数为11.92474,折射率为3.45322.Ca2Si掺P后,Ca2Si转变为n型半导体,其带隙值是0.42808 V,价带主要由Si、Al的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca的3d、Al的3p、3s和Si的3p态电子构成.静态介电常数为7.92698,折射率为2.81549.掺Al后, Ca2Si转变为n型半导体,带隙值是0.26317 eV,费米面附近的价带主要由Si、P的3p和Ca的3d态电子构成,导带主要由Ca的3d 4s、P的3p、3s和Si的3p态电子构成.静态介电常数为17.02409,折射率为4.12603.掺P和Al均降低Ca2Si的反射率,提高Ca2Si的吸收系数,提高Ca2Si的光利用率.说明掺杂能够有效地改变Ca2Si的电子结构和光学性质,为Ca2Si材料的研发和应用提供理论依据.     

体积应变对立方钛酸铅电子结构和光学性质的影响

本文利用第一性原理方法计算并分析了体积应变(-11%~11%)对立方顺电相PbTiO₃的结构、稳定性、电子结构和光学性质的影响。研究发现体积应变后PbTiO₃形成焓增大,稳定性下降,其中压应变对其稳定性的影响比拉应变大。当受到拉伸应变时,立方PbTiO₃由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,且带隙随应变增大呈先增大后降低的趋势。在发生压应变时,从复介电函数、复折射率及吸收系数的分析结果可知,在自然光照下PbTiO₃的光吸收能力仅在个别波段有所增大,但总体呈减弱趋势,当产生拉伸应变时,介电峰、吸收峰红移,表明PbTiO₃在可见光范围内光吸收能力增强,并且当应变增大到11%时,PbTiO₃的吸收能力远高于本征立方相。     

氨气浓度对碳纳米管生长影响的研究

利用等离子体增强化学气相沉积系统,用CH4、NH3和H2为反应气体,在沉积有100nm厚Ta过渡层和60nm厚NiFe催化剂层的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构.结果表明当氨气浓度为20;、40;和60;时,碳纳米管的平均长度分别为3.88μm、4.52μm和6.79μm,而其平均直径变化不大,均在240nm左右.最后,分析讨论了氨气浓度对碳纳米管生长和结构的影响.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

金刚石表面化学镀铜的研究

为了改善金刚石与金属基体的润湿性,利用化学镀的方法在金刚石粉体表面成功的进行了镀铜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段研究了pH值及添加剂对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,没有反应发生;pH值在10.5～12.5时,镀速随pH值的增大而增大,XRD图谱中开始有铜的衍射峰出现,且衍射峰随pH值的增大而增强;pH值大于12.5时,镀速开始随pH值增大而下降,衍射峰开始随pH值增大而减弱.当pH值为11时,金刚石基体有裸漏现象,镀层较薄;pH值为12时,镀层表面较为致密、结合较好、有一定厚度且包覆严实;pH值为13时,镀层开始变得粗糙,有卷边、起皮及脱落现象.当向镀液中分别添加适量的亚铁氰化钾及二联吡啶时,能够提高镀液的稳定性,两种添加剂对铜的化学沉积都有阻化作用,降低铜的沉积速率,使镀层光亮致密.     

退火处理对DKDP晶体光学均匀性的影响研究

分别对不同生长速度的DKDP晶体进行了退火处理.结果表明,适当温度的退火处理能有效地提高晶体的光学均匀性,尤其是对快速生长的晶体质量提高更为显著.在实验温度范围内,退火温度越高,质量改善越明显.对退火机理进行了初步讨论.     

基于电沉积技术的纳米晶材料晶粒细化工艺研究

纳米晶材料电沉积工艺是在传统电沉积工艺的基础上,通过控制适当的工艺条件,最终获得具有各种性能的纳米晶电沉积层的过程.研究表明,由电沉积工艺制备的纳米晶材料,晶粒细小且组织均匀,具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等特殊性能.本文分析了在电沉积过程中纳米晶形成的机理,探讨了工艺参数、复合电沉积和脉冲电沉积、有机添加剂以及采用其它工艺措施对晶粒细化过程的影响.介绍了电沉积纳米晶材料的各种性能及应用.     

粒子束注入单晶硅尺寸效应的机理研究

使用分子动力学方法研究硅粒子注入技术.系统比较分析了团簇粒子的包含反射,扩散和植入基底在内的全部运动过程,同时使用可视化方法观测记录基底表面形貌演化过程.所建立模型直观地显示了低注入能量域内的新特征.注入过程中,团簇粒子由不同粒径(数量)的硅原子组成.通过对粒径变化在注入过程的影响研究揭示了注入技术机理.仿真结果表明提出方法可用于定量预测注入粒子表面分布.本文工作可作为原子尺度下生成基底表面特征或设计图案的参考,并对可控表面沉积技术提供理论指导.     

抛光铜箔衬底上石墨烯可控生长的研究

本文报导以固态聚苯乙烯为碳源,经机械抛光和电化学抛光双重处理的铜箔为衬底,用CVID法进行石墨烯可控生长的研究结果.用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光透射谱、扫描隧道显微镜和场发射扫描电镜对生长的石墨烯进行了表征.研究发现经过抛光处理的铜箔由于其平整的表面和很低的表面粗糙度,在其上生长的石墨烯缺陷少,结晶质量高.而未经抛光处理的铜箔在石墨烯生长过程中,铜箔不平整的表面台阶会破坏其上生长的石墨烯的微观结构,在生长的石墨烯二维结构中产生高密度晶界和缺陷.还在双重抛光处理的铜箔上实现了石墨烯的层数可控生长,结果表明固态碳源聚苯乙烯的量为15 mg时可生长出单层石墨烯,通过控制固态源重量得到了1～5层大面积石墨烯.     

组分挥发对CBO晶体生长影响研究

非线性光学晶体CsB3O5(简称CBO)在生长过程中,原料组分的挥发影响了单晶的生长.本文利用XRD,DTA等手段对挥发物的成分进行表征,结果表明挥发物的主要成分是Cs2O,并探讨了原料组分的挥发对结晶状况的影响,以期探索和优化晶体生长工艺.     

掺杂方式对纳米二氧化钛性能的影响研究

对近年来掺杂改性纳米二氧化钛的研究进行了综述,并且详细论述了金属离子掺杂、非金属离子掺杂以及双元素掺杂这三类掺杂方式对纳米二氧化钛的结构相变,光催化性能等方面的影响。     

硫酸盐对KDP晶体完整性的影响

本文利用高分辨X射线衍射技术,在"点籽晶"陕速生长法基础上,研究了掺杂K2SO4对KDP晶体锥面及柱面扇形结构完整性的影响.结果表明,在5×10-5的掺杂条件下,K2SO4对KDP晶体不同扇形区域的影响略有不同,其原因主要在于[SO42-]与KDP晶体各扇形相互作用不同有关.