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.     

B掺杂BaTiO3的电子结构和磁性的第一性原理研究

利用基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论计算了B掺杂BaTiO3的稳定性、电子结构和磁学性质.结果表明B掺杂BaTiO3体系稳定,并表现为铁磁性.B替位掺杂BaTiO3体系的磁性机制可归结为部分B2p电子的自旋极化和B2p/O2p与Ti3d电子的p-d耦合作用,B间隙掺杂BaTiO3体系中磁性源于未配对Ti3d电子的自旋极化.     

Na掺杂和空位对ZnO磁性及电子结构的影响

通过第一性原理,对Na掺杂(NaZn)与Zn空位(VZn)及Na掺杂与O空位(VO)共存的ZnO体系的形成能、电子结构及磁性机理进行了研究.结果表明,Na原子与空位(VZn或VO)空间位置最近时,掺杂体系的形成能最低;与诱导VZn相比,Na掺杂在ZnO体系中更易诱导VO,并且过量的Na掺杂必然导致VO的形成.另外,磁性研究发现,Na掺杂与空位(VZn或VO)共存的体系都具有磁性.并且Na掺杂与VZn共存的ZnO体系磁性源于VZn的本征缺陷,而Na掺杂与VO共存的ZnO体系的磁性源于Na原子与VO的电子关联交互作用.     

N掺杂LaAlO3电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理计算N掺杂LaAlO3的稳定性、电子结构和磁学性质.计算结果表明:N掺杂LaAlO3的结构稳定;而且从生成焓数值看,替位掺杂比间隙掺杂结构更稳定.形成能计算结果表明,还原环境比氧化环境更适合N掺杂,并且在还原环境下,NH3作为N源生成替位掺杂的LaAlO3-x Nx的形成能最小,即最容易形成替位掺杂.N替代LaAlO3中的O原子和位于LaAlO3晶胞间隙均产生铁磁性,其磁性均源于掺杂N-2p电子与体系价带顶O-2p电子间的p-p耦合作用.     

立方相KNbO3晶体本征空位点缺陷的电子结构研究

利用第一性原理从头计算方法对立方相KNbO3晶体的肖特基缺陷的稳定性、能带结构、电子态密度和磁性性质进行了研究.发现含本征点缺陷的KNbO3体系结构稳定;K,Nb空位诱导KNbO3缺陷晶体产生铁磁性;O空位则无此性质.K空位诱导KNbO3缺陷晶体磁性源于O原子2p轨道退简并;Nb空位诱导KNbO3缺陷晶体磁性源于O-2p电子极化.     

Ca掺杂ZnO氧化物的电子结构与电性能研究

基于密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法,系统研究了Ca掺杂ZnO氧化物的晶格结构和电子结构,在此基础上分析了其电学性能.结果表明,Ca掺杂ZnO晶胞减小.Ca掺杂氧化物仍为直接带隙半导体材料,带宽达1.5 eV.掺杂体系费米能级附近的能带主要由Cas态、Cap态、Znp态和Op态电子构成,其中p态电子对价带态贡献最大,且Cas态、Znp态和Op态电子之间存在着更强的相互作用.Ca掺杂ZnO氧化物费米能级EF附近载流子浓度增加,运动速度减小,有效质量增加,导电机构为Cas态、Znp态和Op态电子在价带与导带的跃迁,具有更高的电导率,较高的Seebeck系数和综合电性能.     

C、N共掺锐钛矿TiO2的缺陷形成能和能带结构分析

通过基于密度泛函理论的第一性原理,计算了非金属C、N共掺杂TiO2的缺陷形成能和能带结构,并与实验研究结果进行了比较.研究结果显示,C、N分别取代Ti、O掺杂形式的缺陷形成能高于C、N均取代O掺杂形式,C、N共掺时,C、N分别取代Ti、O更易实现;与纯锐钛矿相TiO2相比,C单掺、N单掺及C、N共掺均能减小TiO2的禁带宽度,但共掺体系比单掺体系的禁带宽度窄化程度更高;共掺模式比单掺模式更有利于TiO2可见光响应能力及可见光催化活性的提高.     

Ru、Rh、Pd掺杂GaSb的电子结构和光学性质

运用第一性原理计算方法研究了过渡族金属TM(TM=Ru、Rh、Pd)掺杂GaSb的电子结构和光学性质,结果表明:TM掺杂GaSb主要以TM替代Ga(TM @Ga)缺陷存在,并可增强GaSb半导体材料对红外光区光子的响应,使体系光学吸收谱的吸收边红移;TM@Ga所引入的杂质能级分布于零点费米能级附近,这极大地增强了体系的介电性能,促进了电子-空穴对的产生和迁移,因而提升了掺杂体系的光电转换效率;Ru 掺杂对GaSb光学性质的改善最为明显,当掺杂浓度为6.25%(原子数分数)且均匀掺杂时,Ru掺杂GaSb体系对红外光区光子的吸收幅度最大,有效提升了GaSb光电转换效率和光催化活性。     

含氧空位SrTiO3晶体电子结构研究

运用CRYSTAL-09软件计算得到了完整和含氧空位的SrTiO3晶体的电子态密度分布、能带结构和电荷密度分布。本文先通过分析完整SrTiO3晶体的电子结构,确定晶体化学键的组成。通过分析含氧空位的SrTiO3晶体的电子结构,发现禁带中出现一条新的缺陷带,缺陷带属于Σ轨道。通过缺陷能级的分析,结果表明SrTiO3晶体中2.4 eV的发光带可能是由Σ*-Σ之间的跃迁产生。     

Er掺杂SiNP电子结构和光学性质的第一性原理研究

当硅基发光材料得到广泛应用时,为了给硅基材料的设计及应用提供理论依据,利用基于密度泛函理论的第一性原理,对Er掺杂在Si纳米晶粒不同位置的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Er掺杂在Si纳米晶粒的中心位置时,结构最稳定;Er掺杂后的Si纳米晶粒引入了杂质能级,最终导致禁带宽度变窄;掺杂后的Si纳米晶粒在低能区出现了一个新的吸收峰,当Er原子向表面位置移动时,新的吸收峰峰值逐渐减小,甚至消失.     

六钛酸钾(K2Ti6O13)晶须几何构型、能量及电子结构的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对具有单斜结构六钛酸钾( K2Ti6O13)晶体的几何构型、能量及电子结构进行系统研究.计算所得K2Ti6 O13晶体的晶格常数、原子位置等晶胞参数均与实验值吻合,且形成热与结合能的计算结果显示该晶体具有较高的相结构稳定性;进一步的电子结构分析表明,K2Ti6O13晶体呈现具有间接带隙的半导体性质,在K2Ti6O13内部,Ti-O间成键作用明显强于K-O,而K-Ti间却未明显成键,且Ti(d)与O(p)轨道电子间较强的共价键相互作用直接决定了K2Ti6O13晶体的相结构稳定性.     

C和N元素掺杂Ti3O5的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法与准谐德拜模型相结合研究了C、N取代掺杂O原子对β-Ti3O5和λ-Ti3O5的电子结构以及相变温度的影响规律。结果表明:C元素对两相的电学特性影响较大,掺杂后β-Ti3O5和λ-Ti3O5的带隙宽度分别增加至1.25 eV和1.5 eV;氮元素的掺杂使β-Ti3O5的带隙增大到0.5 eV,同时仍然保持λ-Ti3O5的金属性不变,加剧了相变前后两相的电学差异,N掺杂使Ti3O5更适于应用在光学存储领域;同时对N掺杂Ti3O5的相变影响进行了研究,发现N掺杂可以有效降低相变温度。     

在钛酸锶衬底上外延生长ZnO薄膜及其性能研究

用脉冲激光淀积法(PLD)在(111)面SrTiO3衬底上外延生长ZnO单晶薄膜.样品分别在衬底温度为350℃、500℃、600℃下外延生长.X射线衍射(XRD)的结果表明,所得的ZnO单晶薄膜结晶性能好,只出现(002)和(004)两个衍射峰,(002)峰的半高宽度(FWHM)为0.23°.在荧光光谱中我们只观察到来源于带边激子跃迁的强UV发射,并且随着生长温度的升高,紫外峰的强度逐渐增强.样品的SEM图像表明所得ZnO薄膜表面平整,晶粒均匀.衬底温度为600℃时,所得到的ZnO薄膜结构完整,晶粒尺寸最大,均匀;而且紫外发射最强.     

锌离子掺杂HA晶须形成过程及其热稳定性能研究

锌离子掺杂羟基磷灰石(HA)不仅影响HA的晶体结构和微观形貌,还影响材料的热稳定性和生物学性能。本文采用水热合成法制备了锌离子掺杂HA(Zn-HA)晶须,通过XRD、FTIR和SEM等测定和研究了Zn-HA的晶体结构、形成过程、结晶形貌和热稳定性。结果表明,Zn²⁺掺杂量<5%时,可获得单相Zn-HA晶须;当Zn²⁺掺量为5%时,合成产物中开始有少量的CaZn₂(PO₄)₂·2H₂O杂质相生成;当增加至8%时,开始有明显的Zn(PO₃)₂杂质峰出现。随水热合成温度的增加,溶液的OH^-不断释放,伴随HA晶核的形成和生长,还有极少量的CaZn₂(PO₄)₂·2H₂O和Ca₃(PO₄)₂杂质相,并通过溶解再沉淀生成Zn-HA。当Zn     

第一性原理研究氧化锌晶体的电子结构和光学性质

为了研究氧化锌晶体的光学性质,本文采用密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)下的平面波赝势法计算了氧化锌晶体的电子结构、复数折射率、介电函数、光电导谱和吸收光谱.介电函数的虚部、吸收光谱、折射率等它们的峰值位置存在一一对应关系,这表明了它们之间存在着内在的联系,它们都与电子从价带到导带的跃迁吸收有关,这为从物理本质上理解氧化锌晶体的光学性质提供了重要的依据.计算结果与实验结果吻合得很好.     

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.     

Growth and Structure of Doped KLN Crystal

KLN, Fe:KLN, Mn:KLN and Cu:KLN crystals were grown by Czochraski method. The structure of crystal was measured by X‐ray diffraction technique. The results indicated that the doped crystals kept the same structural characteristics as the pure KLN crystal, but the lattice constants of Fe:KLN and Mn:KLN crystals became smaller than that of pure KLN crystal, and that values of Cu:KLN crystal became larger than that of pure KLN crystal. This indicated that Fe and Mn cations replaced Nb cation, and Cu cation replace K cation after they entered into the lattice of KLN crystal. The result of ultraviolet‐visible absorption spectra was identified with that of X‐ray diffraction analysis.     

SrTiO3薄膜液相沉积技术制备及光催化性能表征

采用液相沉积技术成功制备了SrTiO3薄膜,并研究其光催化性能.采用偏光显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析研究了不同制备条件对SrTiO3薄膜结构和形貌的影响,以罗丹明B(RhB)为目标降解物研究SrTiO3薄膜紫外光催化性能,结果表明:基板表面的Si-OH组群为SrTiO3薄膜制备提供了积极的贡献作用,并且垂直沉积的基板更有助于提高SrTiO3薄膜的表面均匀性.沉积制备的SrTiO3薄膜在基板表面以叶状和丛状交叉方式生长,且在空气中600℃煅烧2h转化为高纯结晶态.沉积温度为70℃的SrTiO3薄膜,紫外光照射120 min RhB降解率达到98;以上.