Mg,Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究

为了研究Mg, Al掺杂对锂二次电池正极材料LiCoO₂体系的电子结构的影响，进而揭示Mg掺杂的LiCoO₂具有高电导率的机理，对Li(Co, Al)O₂和Li(Co, Mg)O₂进行了基于密度泛函理论的第一原理研究. 通过对能带及态密度的分析，发现在Mg掺杂后价带出现电子态空穴，提高了电导，并且通过歧化效应（disproportionation）改变了Co-3d电子在各能级的分布，而Al掺杂则没有这些作用. O关键词： 2')" href="#">LiCoO₂ 电子结构 第一原理 电导     

Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Mg在Li(Co,Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴,同时价带展宽,这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co,Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现,在二价Mg掺杂后,Li(Co,Al)O2中的Co价态升高,介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发,进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化.     

第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO2正极材料结构稳定性及其电子结构的影响

LiCoO2作为商业化最早的锂离子电池正极材料,至今仍受到许多研究人员的广泛关注.高电压下LiCoO2面临着严重的容量衰减和性能下降等问题,实验上通常采用体相元素掺杂以稳定LiCoO2在高电压下的晶体结构,从而提高其电化学性能.Mg元素掺杂被认为是一种能够提高LiCoO2高电压循环稳定性的有效手段,但Mg的具体掺杂形式...     

Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法，研究了Mg在Li(Co，Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴，同时价带展宽，这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co，Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现，在二价Mg掺杂后，Li(Co，Al)O2中的Co价态升高，介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发，进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化. 关键词： Li(Co Al)O2 电子结构 第一原理 电导     

Mg掺杂CuAlO2电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了CuAlO2晶体电子结构以及替位Mg杂质的特性。结果表明,Mg替代Al原子时形成受主杂质能级,而替代Cu原子时形成施主杂质能级;同时也计算了它们的形成能,发现前者是吸热反应,而后者是放热反应。另外,比较Mg替代Al与Mg替代Cu掺杂前后计算结果,发现前者费米能级变化不是很明显;而后者掺杂后费米能级明显向导带底移动。研究表明掺杂可改变CuAlO2的导电类型和电导强弱,此结果对实验具有很好的参考价值。     

Mg掺杂CdSe电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,计算了纤锌矿结构Cd1-xMgxSe(x=0,0.125,0.250,0.375)的电子结构和光学性质。结果表明,不同系统的价带顶都主要由Se4p态决定,其位置基本不变;导带底由Se4 s态和Cd5 s共同决定,并且随着掺杂浓度的增加向高能区移动,结果使得带隙展宽,由此使得系统介电函数虚部的峰值和折射率实部的峰值随掺杂浓度的增大而蓝移,计算结果与实验符合。     

掺杂Mg2Si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赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994 eV,其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成,导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成,静态介电常数为18.89,折射率为4.3460.掺Ag后Mg2Si为p型半导体,价带主要由Si的3p,Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成,静态介电常数为11.01,折射率为3.3175.掺Al后Mg2Si为n型半导体,导带主要由Mg的3s、3p,Si的3p及Al的3p态电子构成,Al的3s态电子贡献相对较小,静态介电常数为87.03,折射率为9.3289.通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构,计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

M- (Sm, Pr, Ga) 掺杂TiO2带隙及电子结构的第一原理研究

采用密度泛函理论对M-（Sm、Pr、Ga）掺杂锐钛矿型TiO2能带和电子性质进行了系统的理论研究. 计算结果表明,通过Sm和Pr的掺杂可以降低TiO2的带隙进而使其产生吸收边红移,通过Ga的掺杂能使带隙稍增加. 这主要是由于Sm和Pr的掺杂使Sm和Pr上的4f层电子与原子相邻O原子上的2p层电子相互作用,形成的杂质能级影响了Ti-O的能带结构,从而降低带隙,提高TiO2的可见光吸收性能.     

Be、Mg掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了纤锌矿结构的AlN晶体和Be、Mg掺杂AlN晶体的晶格参数、结合能、能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数.计算结果表明:Be和Mg都是良好的p型掺杂剂,但是Be掺杂AlN晶体比Mg提供的空穴更多,Be比Mg更有利于AlN晶体的p型掺杂.     

Be、Mg 掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory) 框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了纤锌矿结构的AlN晶体和Be、Mg掺杂AlN晶体的晶格参数、结合能、能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数．计算结果表明: Be和Mg都是良好的p型掺杂剂,但是Be掺杂AlN晶体比Mg提供的空穴更多,Be比Mg更有利于AlN晶体的p型掺杂．     

二价金属元素掺杂对LiCoO2体系电子输运性质的影响

为了解释Ca掺杂与Mg掺杂在影响锂离子二次电池正极材料LiCoO2体系电子输运性质方面的不同效应,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了该体系的电子结构.计算结果表明,虽然在LiCoO2体系中用Ca或Mg替代Co都会在费米能级附近产生部分占据的受主带,但两者对应的电子态都具有明显的局域化特征;此外,与Mg掺杂体系明显不同的是,Ca掺杂体系的受主带与价带之间存在清晰的带隙.这一带隙的存在正是Ca掺杂不能明显提高LiCoO2体系电导率的主要原因.此外,Ca2+与Mg2+离子半径的较大差别也是造成这两个掺杂体系的电导率存在明显差异的一个重要因素.     

OsSi2电子结构和光学性质的研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对正交相OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明它是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0813 eV;其价带主要由Os的5d和Si的3p态电子构成;导带主要由Si的3s,3p以及Os的5d态电子构成;静态介电常数ε₁（0）=1543; 折射率n＝393并利用计算的能带结构和态密度分析了OsSi₂的介电函数、吸收系数、折射率、反射率、 关键词： 2')" href="#">OsSi₂ 第一性原理 电子结构 光学性质     

Nb掺杂对Mo2FeB2弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo₂FeB₂具有耐高温、耐磨、高强度,是一种良好的硼基金属陶瓷材料,在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法,研究了Nb元素掺杂Mo₂FeB₂合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明,Nb在Mo₂FeB₂中更容易占据Fe位置,并且在Fe位掺Nb的Mo₂FeB₂比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外,计算结果还表明,Nb掺杂可以提高Mo₂FeB₂的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度,但塑性略有下降,合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明,Nb掺杂Mo₂FeB₂力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.     

Ab initio study of the structural,electronic, elastic and thermal conductivity properties of SrClF with pressure effects

Abstract

SrClF is an important optical crystal and can be used as pressure gauge in diamond anvil cell at high pressure. In this work, we performed a systematic study on the structural, electronic and elastic properties of SrClF under pressure, as well as its thermal conductivity, by first-principles calculation. Different exchange-correlation functionals were tested and PBESOL was finally chosen to study these properties of SrClF. Studies reveal that SrClF has a bulk modulus of about 56.2 GPa (by fitting equation of states) or 54.3 GPa (derived from elastic constants), which agree well with the experimental result. SrClF is mechanically and dynamically stable up to 50 GPa. Its elastic constants increase with the applied pressure, but its mechanical anisotropy deteriorates as the pressure increases. Investigation of its electronic properties reveals that SrClF is a direct band-gap insulator with a gap value of 5.73 eV at 0 GPa, which decreases with the increasing pressure and the reason is found by analysing the partial density of states. Based on the calculated phonon dispersion curves, thermal conductivity of SrClF is predicated. At ambient conditions, the predicted thermal conductivity is about 3.74 Wm^?1 K^?1, while that obtained using the simplified Slack model give a slightly larger value of 4.62 Wm^?1 K^?1.     

非晶碳结构建模和电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用了一种更为精确的交换相关泛函OLYP(OPTX+LYP)，对密度范围从2.0到3.2 g/cm³的非晶碳进行结构建模. 模拟得到的5个碳网络结构无论从径向分布函数还是sp³含量都与实验符合得很好. 对非晶碳电子结构的研究表明费米能级附近的电子态密度主要是sp²碳原子的贡献. 随着密度的增加，sp³碳原子增加，费米能级附近的态密度越来越小. 小环结构增加了费米能级附近的电子态密度，缺陷态在费米能级形     

非晶碳结构建模和电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用了一种更为精确的交换相关泛函OLYP(OPTX+LYP),对密度范围从2.0到3.2 g/cm³的非晶碳进行结构建模. 模拟得到的5个碳网络结构无论从径向分布函数还是sp³含量都与实验符合得很好. 对非晶碳电子结构的研究表明费米能级附近的电子态密度主要是sp²碳原子的贡献. 随着密度的增加,sp³碳原子增加,费米能级附近的态密度越来越小. 小环结构增加了费米能级附近的电子态密度,缺陷态在费米能级形 关键词： 非晶碳 密度泛函理论 电子结构     

稀土掺杂对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的理论研究

尖晶石型铁氧体是十分重要的磁性材料之一, 具有独特的物理性质、化学特性、磁学特性和电子特性. 其中尖晶石型钴铁氧体具有较好的电磁性质而被广泛应用. 本文基于密度泛函理论(DFT) 的第一性原理平面波赝势法, 结合广义梯度近似(GGA+U), 研究了CoRE_0.125Fe_1.875O₄ (RE = Nd, Eu, Gd)体系的电子结构和磁性能. 结果表明随着稀土元素从Nd到Gd掺杂体系晶胞的晶格常数呈递减趋势. 磁性能依赖于稀土离子(RE³⁺)4f轨道未配对的电子数, 掺杂Eu和Gd能够提高钴铁氧体体系的磁矩, 主要因为它们3+价态离子具有较多未配对的4f电子, 因而对磁性能的影响较大. 然而Nd 的掺杂对体系磁性能的影响很小, 这是由于它的离子半径较大, 导致晶格发生畸变.