密度泛函理论研究MgH2的电子和光学性质

基于密度泛函理论,采用平面波赝势和BFGS法计算研究了金红石相MgH2电子结构性质和线性光学性质.基态下,金红石相MgH2晶体具有良好的弹性力学稳定性,基本结构参数与实验值及其其他理论值符合得较好.Mulliken电荷分布和集居数分析发现:金红石相MgH2晶体中电荷主要从Mg原子向H原子转移,电荷总数主要来源于Mg2p态电子和H1s态电子,金红石相MgH2属于共价键和离子键混合型化合物.结合电子性质和频率相关介电函数ε(ω)计算研究了金红石相MgH2的介电函数、线性吸收系数、复折射率及消光系数、反射率和能量损失谱,结果表明:金红石相MgH2的主要吸收区间位于紫外光区;24.88~42.35 eV能量区间金红石相MgH2具有很强的透过性;高频情况下,金红石相MgH2具有极高的反射率.     

NbB2（0001）表面性质的第一性原理研究

应用密度泛函理论的第一性原理的方法分析了两种不同终端的NbB2(0001)表面的几何结构和电子结构。结果表明:两种不同终端的(0001)表面结构弛豫主要发生在前三层,并且硼终端的表面弛豫程度小于铌终端表面的弛豫。表面能分析结果表明,终止于硼终端的(0001)表面结构在更宽的范围内具有较低的表面能,即硼终端的(0001)表面比铌终端的表面更稳定。进一步分析NbB2(0001)两种终端表面的电子结构表明:在金属铌和硼之间发生了电子转移,加强了化学键的相互作用,导致第一间层向内弛豫。对于铌终端的表面第一层铌转移到第二层的电子数比硼终端表面第二层铌转移到第一层的电子数多,这是导致铌终端表面弛豫程度大于硼终端表面的主要原因。     

掺CeO2的MgO-CaO材料缺陷形成及扩散动力学研究

以分析纯Mg(OH)2和Ca(OH)2为起始原料,CeO2为掺杂剂,经行星球磨机混合后压制成圆柱形试样,在1650℃温度条件下保温3h烧成,制备了MgO-CaO材料.采用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和高温电导率测试仪对试样进行了分析表征.研究结果表明:少量CeO2的掺入(0.5wt; ～0.75wt;)即可有效促进材料的烧结致密化.在烧结致密化过程中,随着晶界的迁移及气孔排除,方镁石与方钙石晶粒不断长大,且方镁石晶粒长大更为明显,形成以方镁石为基体,方钙石晶粒被方镁石包裹的空间结构,但MgO由于本征缺陷产生的O2-空位在晶界迁移过程中的聚集和融合,在方镁石晶粒内形成了难以排除的气孔.CeO2促进材料烧结的本质在于CeO2可与CaO发生有限置换固溶反应,降低Ca2空位的扩散激活能,有利于Ca2空位的扩散.     

TiO2三维有序大孔材料的表面特性研究

本文采用聚苯乙烯胶体晶体模板,使用Sol-gel法制备的Ti02溶胶对胶晶模板进行填充,经高温热处理后获得TiO2三维有序大孔结构.采用扫描电子显微术(SEM),透射电子显微术(TEM),BET法,能量色散谱(EDS)以及红外光谱术(IR)对三维有序大孔结构进行了表征.研究表明改变热处理温度和聚苯乙烯球尺寸,可对三维有序大孔结构进行调控;同时本文重点研究了孔壁显微结构和化学组成等表面特性.     

CVD金刚石薄膜表面的缺陷研究

用SEM方法观察分析了CVD金刚石薄膜表面的缺陷形貌和结构,直观的两种缺陷为孪晶和孔洞.孪晶反映了晶粒的不完整性,它的产生取决于气相中活性分子的浓度与生长表面活性位数目的比值,孪晶比率随碳源浓度升高和衬底温度的降低而增大;孔洞反映了膜的不致密性,其产生与膜生长速率和衬底表面初始成核密度切相关,孔洞密度随碳源浓度升高和衬底温度的升高而增大.     

Ge在Si(100)-2×1表面化学吸附的第一性原理研究

应用密度泛函理论,构造了具有非对称二聚体结构的Si(100)-2×1重构表面,在系统研究了其表面结构及特性的基础上,计算了Ge在不同吸附位置的表面吸附能,以及吸附前后的表面投影态密度.计算结果表明:Ge原子在基位(pedestal)吸附最稳定.另外,在吸附Ge原子之后,我们得到了一个具有完整对称性的特殊Si原子二聚体结构.此结构中相邻的两个二聚体链互相平行且分别与Si表面平行,每对二聚体Si原子呈对称分布.     

6H-SiC成核表面形貌与缺陷产生的研究

利用光学显微镜观察了6H-SiC晶体成核表面形貌,并使用高分辨X射线衍射法检测了不同区域的结晶质量.根据表面形貌的不同将成核表面分为三个区域:平台区、斜坡区、凹坑区.平台区的结晶质量最好,斜坡区和凹坑区由于缺陷(例如微管、小角晶界和多型夹杂等)的存在导致结晶质量变差.依据温场分布以及籽晶的固定分析了凹坑产生的可能原因.根据观察纵切片发现源于斜坡区以及凹坑区的缺陷随着晶体的生长继承到晶体内部导致后期生长的晶体质量变差.最后我们提出了通过优化成核温场分布以及改善籽晶固定方法来提高晶体成核质量的思路.     

风沙对玻璃表面TiO2纳米薄膜冲蚀行为研究

采用溶胶-凝胶法,在玻璃表面制备TiO2薄膜,利用气流挟沙喷射法对涂膜玻璃进行冲蚀实验,采用扫描电镜(SEM)研究了TiO2薄膜在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.研究结果表明:TiO2薄膜磨损量随着冲蚀速度和沙剂量的增加而增加;其侵蚀机理为:在低角度冲蚀下,薄膜主要受到微切削作用下产生的划痕损伤,而在高角度冲蚀下,主要受到冲蚀挤压变形作用下产生的薄膜破损.同时TiO2薄膜不仅强度高而且脆性强,其在高角度冲蚀下的磨损更为严重..     

人工合成金刚石表面三角锥缺陷的存在机理研究

天然金刚石主要生长面为{111},在其表面经常会存在大量凹陷的金字塔状或者底面平整的三角锥蚀坑缺陷,这种缺陷很少出现在人工合成金刚石单晶的表面.本研究在高温高压5.4 GPa、1550 K的条件下,以FeNi合金作为触媒,FeS为添加剂,利用温度梯度法(TGM)直接合成金刚石单晶的{111}表面同样发现有大量凹陷的金字塔状或者底面平整的三角锥蚀坑缺陷.而在体系中加入微量单质B时,高温高压直接合成金刚石单晶的{111}表面不仅存在大量金字塔状的三角锥蚀坑,还出现了天然金刚石表面不曾发现的大量规则的三角凸起平台和凸起的金字塔状或者顶面平整的三角锥缺陷.由此推断,尽管天然金刚石{111}表面经常出现的三角锥缺陷可能是在自然环境中后期腐蚀出现的,而在FeNi-C-FeS体系高温高压直接合成的金刚石单晶{111}表面出现的三角锥缺陷却是在晶体生长过程中直接形成的,FeS在这种表面缺陷的形成过程中起着不可或缺的作用.     

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.     

结构缺陷对HgI2晶体光吸收的影响

为研究HgI2晶体结构缺陷与光吸收的关系,测试了晶体的UV和中红外透过光谱.结果表明,波长约为580 nm时,存在着本征吸收限;波长大于580 nm时,随波长增加,晶体对光的吸收减小,透过率达到45;以上;在1000～2500 nm范围内,UV光谱存在四个明显的光吸收带,对应的入射光能量分别为0.79±0.01 eV,0.72 eV,0.57±0.01 eV 和0.53 eV.中红外透过曲线随波长增加而增大,透过率为39;～68;.通过M/HgI2的I～t曲线,采用简单能级模型进一步确认了生长的HgI2晶体存在0.79±0.01 eV和0.72 eV两个陷阱能级.分析认为,HgI2晶体层间的相对移动形成的结构缺陷造成1572.5 nm(0.79±0.01 eV)和1729.2 nm(0.72 eV)处的吸收,晶体缺碘造成2117.5 nm(0.57±0.01 eV)处的吸收和汞空位造成2305.8 nm(0.53 eV)的吸收.在中红外波段,晶体结构缺陷造成了显著的晶格吸收.严格控制原料的化学计量比有利于减少HgI2晶体的结构缺陷,提高晶体的光学性能.     

氟化钙晶体缺陷对应力双折射影响机制的研究

氟化钙(CaF₂)晶体具有紫外透过率高(>99%@193 nm)、抗激光损伤阈值高等特点,在高功率紫外激光器、深紫外光刻机等领域具有广泛的应用。应力双折射是氟化钙晶体在实际应用中的关键性能指标,会导致通过晶体的光束发生形变,严重影响成像质量。采用坩埚下降法制备了尺寸为?210 mm的氟化钙晶体,系统研究了CaF₂晶体的位错和小角度晶界以及结晶质量对晶体应力双折射的影响,实验结果表明,位错密度的增高、小角度晶界的聚集、结晶质量的变差,会引起局部残余应力的集中,加剧应力双折射现象。     

坩埚材料对生长CdSiP2晶体表面的影响研究

针对CdSiP2晶体生长过程中,晶体表面与石英坩埚内壁严重粘连甚至开裂的问题,研究了柔性氮化硼(PBN)内衬坩埚生长CdSiP2晶体的新工艺.运用X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别对两种坩埚材料生长的CdSiP2晶体表面元素成分和化学状态进行测试发现,采用石英坩埚生长的CdSiP2晶体表面主要组分元素为33.31;的Si和65.63;的O,晶体表面Si 2p的结合能为103.2 eV,与文献中SiO2的Si 2p结合能一致.进一步的分析表明,高温CdSiP2熔体离解产物与石英材料反应生成SiO2界面层是导致晶体严重粘连,甚至开裂成碎块的重要原因;采用柔性氮化硼(PBN)内衬坩埚能有效解决晶体与器壁的粘连,生长的CdSiP2晶体完整较好,表面层各组分元素含量接近CdSiP2理论化学配比1:1:2,质量较高.     

硅酸镥晶体本征缺陷和力学性质的研究

采用GULP软件研究了硅酸镥晶体的本征缺陷、力学性质和氧空位的迁移.采用已有的势参数计算得到的结构参数与实验结果吻合的很好.与其他的氧空位相比,Vo5的缺陷形成能最低,因此氧空位主要以Vo5的形式存在.O的弗伦克尔缺陷具有最低的缺陷形成能,所以氧的弗伦克尔缺陷可能是晶体中存在的最主要的本征缺陷.本文还计算了晶体的弹性常数、体积模量、压缩系数、杨氏模量、泊松比率等力学性质.通过计算相邻氧格位之间氧空位的迁移能,发现O1,O2,O3和O4之间的迁移比较容易.     

纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响

本文研究引入纳米氧化镱对熔融石英析晶机制及动力学过程的影响.通过X射线衍射仪(XRD)测试结果分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶率的影响,采用动力学方法分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶机制的影响,同时探讨了其等温析晶动力学过程.研究表明,熔融石英陶瓷的晶粒向二维兼有一维及三维的方式生长,引入纳米氧化镱的熔...     

He离子注入对Ge中缺陷行为的影响研究

本文采用以蒙特卡罗方法为基础的SRIM软件模拟He离子注入对Ge中缺陷行为的影响,为高质量GOI(绝缘体上Ge)材料的制备提供理论指导。本文主要模拟了He离子入射角度、能量以及注入剂量对Ge材料损伤程度和溅射产额等的影响。研究表明:入射角度较小时,拖尾效应不明显,有利于避免沟道效应,同时缺陷空位数(DPA)也处于较低水平;能量增大导致离子射程增大,溅射产额减小,离表面越近的Ge中DPA变少,可以实现低DPA GOI材料的制备;离子注入剂量增大导致损伤区域增大且集中,然而更多的He离子聚集在射程附近,能够很好地降低GOI材料的剥离温度。     

单层2H-MoTe2光电效应的理论研究

材料的禁带宽度是影响光电探测器探测范围的重要因素.单层2H-MoTe2因具有合适的禁带宽度引起了科研人员广泛的研究兴趣.本文基于非平衡态格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理方法,研究了单层2H-MoTe2的光电效应.结果表明:在线性偏振光照射下,MoTe2产生的光电流函数与唯象理论相吻合;在光子能量范围1.6～1.8...