SiO_2中包埋纳米晶Si光电性质的计算

采用第一性原理平面波赝势方法计算了SiO_2基质包埋不同尺寸纳米晶粒Si_3和Si_5的电子结构及光学性质.结果表明,随着包埋纳米晶粒尺寸的减小,包埋Si_3结构的带隙比包埋Si_5结构宽,但包埋Si_5结构对可见光区的吸收优于包埋Si_3结构.Si_3结构的第一个吸收峰在约3.9 eV处,Si_5结构的第一个吸收峰在约4.6 eV处.计算表明,Si纳米颗粒中Si原子数与包埋基质的分子数之比为45.46;是一种较好的结构参数,对可见光区吸收效果好.     

N在Zn1-xBexO合金中热力学稳定性的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,通过改变Zn1-xBexO合金中Be的浓度及其掺杂位型,研究N在Zn1-xBexO合金中的形成能和受主离化能,分析了p型导电的可能性.结果表明:Be-N共掺杂时,N优先占据周围没有Be的O位置,每增加一个Be近邻掺杂原子,No的形成能增加约0.2 eV.当近邻Be原子数为2和3时,No的受主离化能比较低.Be浓度为11at;时,具有2个近邻Be原子的No的受主离化能降低至0.1 eV左右,可以认为是浅受主,Be-N共掺ZnO才可能呈p型导电.考虑No在室温条件下的受主离化率和No形成能的影响,估算出Be-N所提供的空穴载流子浓度不会高于1017 cm-3;如果计及n型背景载流子的补偿效应,Be-N共掺ZnO的p型导电率应该比较低.     

KDP晶体中铝取代钾点缺陷第一性原理计算

为了明确Al3+在KDP晶体生长过程中对光学性质和力学性质的具体影响,采用第一性原理计算程序包VASP软件计算并分析了Al取代K对KDP晶体的晶体结构、电子能态密度和光学性质,并同理想KDP晶体进行对比研究.结果表明,KDP晶体中Al取代K的缺陷形成能为0.974 eV,并且Al替位K点缺陷引起的晶格畸变非常微弱,缺陷比较容易形成. Al取代K后晶体能带中价带顶附近的态密度发生了变化,并且带隙中存在缺陷能级,取代后KDP晶体的带隙宽度减小为4.37 eV,缺陷增加了KDP晶体对可见到紫外波段的光子吸收,影响KDP晶体光学质量及其激光损伤性能.计算力学性质发现,Al替位掺杂KDP晶体比理想KDP晶体的杨氏模量增加了,这会减弱晶体抗激光损伤能力.     

Li-O共掺杂AlN晶体的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理全势线性缀加平面波法,研究了Li-O共掺杂纤锌矿AlN体系的品格结构、电子态密度、能带结构和光学性质,较详细地分析了O对Li掺杂AlN晶体p型特性的影响.结果表明:Li-O共掺杂会导致AlN晶格收缩和禁带宽度减小;与Li单掺杂相比,O杂质的加入使得价带顶部的态密度峰值减小且局域化加强,降低了Li在AlN晶体中的受主特性.相较于未掺杂时的情况,Li-O共掺杂AlN的介电函数虚部谱只保留了位于7.5 eV处的主峰,谱线也变得更加平缓,而材料的吸收区范围未受到影响.Li-O共掺杂后的AlN材料依然能很好地工作在紫外光区域.     

Mn掺杂半金属铁磁体Fe2Si电磁特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了不同比例Mn掺杂Fe2-xMnxSi体系的电子结构和磁学特性,分析了不同比例Mn掺杂对Fe2-xMnxSi体系电磁特性的影响.计算结果表明:不同比例Mn掺杂Fe2-xMnxSi体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,未掺杂Fe2Si的半金属隙为0.164eV;掺杂比例为8.3;时,自旋向下部分转变为L间的直接带隙半导体,Fe2-xMnxSi(x=0.17)体系呈现半金属特性;掺杂比例为12.5;时,自旋向下部分转变为A间的直接带隙半导体,Fe2-xMnxSi(x=0.25)体系呈现半金属特性;掺杂比例为25;时,自旋向下部分的带隙值接近于0,Fe2-xMnxSi(x=0.5)体系呈现金属特性.Mn掺杂使Fe2-xMnxSi体系的能带结构和电子态密度向低能方向移动,费米能级落入自旋向下的禁带之中,使得自旋极化率达到100;.Fe2-xMnxSi体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

掺P石墨烯结构和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理,在广义梯度近似下,本文研究本征石墨烯和掺杂不同浓度P的石墨烯结构和电子性质并发现本征石墨烯禁带宽度为零;对于P∶C掺杂比分别为1∶17、1∶7、1∶1的石墨烯,其P-C键长由0.142nm的C-C键分别增大为0.1629 nm、0.1625 nm、0.1751 nm,其对应带隙分别由零带隙变为0.28 eV、0.44 eV、1.21eV:费米能级逐渐下降.分析分波态密度后发现,在掺P石墨烯中主要为P原子的3p态电子影响其总态密度.     

Cu-Co合金纳米线稳定性和电子特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,系统地研究了轴向应力作用下均匀交替结构和非均匀二聚体结构Cu-Co合金单原子链的结构稳定性、磁性和电子结构。Cu-Co合金原子链内聚能在较大原子间距范围内均小于相应纯Cu原子链的内聚能,因此合金原子链的稳定性较高。非均匀Cu-Co合金原子链中易于形成Co₂二聚体,使得合金原子链轴向电荷密度和原子间距出现非均匀分布,从而导致轴向应力拉伸作用下原子链在Cu-Cu键处过早断裂。而轴向应力作用下的均匀交替结构Cu-Co合金原子链在较大的原子间距范围内能够稳定存在。电子结构的分析表明Cu原子和Co原子间的轨道杂化导致了Cu-Co合金原子链的高稳定性。     

理论设计ZnTiS3化合物光电性能的第一性原理计算

根据实验上合成LiNbO₃(LN)构型的ZnTiO₃铁电化合物,基于第一性原理的方法设计研究了化合物LN-ZnTiS₃(LN构型)的特性。计算结果表明LN-ZnTiS₃化合物满足力学稳定条件。根据化学势平衡相图分析,LN-ZnTiS₃在常压下不会形成稳定结构,但施加外部压力可以形成稳定结构。电子态密度和带隙的计算结果表明,LN-ZnTiS₃的价带顶(VBM)主要由S-p轨道组成,导带底(CBM)则由Ti-d轨道组成,硫原子的替代可以促进体系费米能级以上的电子状态大幅度下降到较低的能级,从而减小LN-ZnTiS₃的带隙。LN-ZnTiS₃的带隙计算值为1.04 eV,可以促进可见光的吸收,可以看出LN-ZnTiS₃是一种潜在的高效率光伏材料。     

石墨烯中嵌入硅纳米线的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了石墨烯中嵌入不同构型硅纳米线的电子特性.分析了不同构型的硅纳米线嵌入石墨烯后结构的稳定性、能带结构、态密度和差分电荷密度.研究发现:(1)直线型-I硅纳米线嵌入结构存在带隙,并且带隙的大小受到硅含量的调节.(2)扶手椅型硅纳米线嵌入结构和直线型-II硅纳米线嵌入结构由半导体变为导体.     

Ca修饰石墨烯储氢性能的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论的DMol3程序包,研究了纯石墨烯和5种不同结构Ca修饰石墨烯的几何结构、电子结构和储氢性能.结果表明:Ca原子不同位置吸附对石墨烯结构影响微弱;随Ca原子周围氢分子吸附数目增加,费米能级处电子态密度值增大,氢分子平均吸附能减小;单Ca修饰石墨烯能稳定吸附6个氢分子,吸附能为0.635eV,储氢密度为2.77wt;;双Ca修饰石墨烯结构Ⅲ和Ⅳ的氢平均吸附能最高,分别达到0.789 eV和0.733 eV,其储氢密度为4.95wt;.     

烧结温度对96Al2O3陶瓷力学性能及热导率的影响

采用CaO-MgO-SiO2为烧结助剂,采用无压烧结技术,研究了烧结温度对96Al2O3陶瓷热导率及力学性能的影响.采用阿基米德排水法、三点弯曲法、激光脉冲法、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析手段和设备,对烧结后陶瓷样品的密度、力学性能、热导率和微观组织结构进行了分析研究.研究结果表明:1600℃烧结的Al2O3样品的具有较好的导热性和力学性能,其热导率、密度、维氏硬度和抗弯强度分别为24.9W/(m·K),3.82g/cm3,(13.8±0.2)GPa,(362.9±26.9)MPa.     

有机物掺杂下KDP晶体的光学与热学性质研究

本文以L-酒石酸、L-苯丙氨酸和L-丝氨酸为掺杂有机物,采用“点籽晶法”生长出掺杂浓度均为1 mol;的KDP晶体,并利用XRD、光学透过率、热分析以及红外谱图等手段对掺杂后的KDP晶体进行表征,考察有机物掺杂对KDP晶体光学和热学性质的影响.实验发现,掺杂L-丝氨酸的KDP晶体,晶体的熔点温度有所降低;掺杂L-酒石酸时,晶体光学性质得到改善,熔点温度升高;而掺杂L-苯丙氨酸时,结晶质量提高,光学性质得到改善.     

二维BN材料中n型掺杂探索:基于第一性原理的带电缺陷计算

半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上,通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论,结合二维带电缺陷计算方法,系统计算二维BN材料中四种(C_B,Si_B,Ge_B,Sn_B)潜在n型掺杂体系的缺陷性质。结果表明,C_B(Sn_B)体系最稳定价态为+1价(-1价)和0价,而Si_B,Ge_B体系最稳定价态为+1价,0价和-1价,C_B,Si_B与Ge_B体系相应的施主离子化能为2.00 eV,3.57 eV和4.06 eV,均表现为深能级施主,很难为BN提供n型载流子。另外,C_B体系在宿主BN为p型掺杂时+1价态具有负形成能,将会严重降低BN p型掺杂效率及空穴导电率。该研究结果可为实验上对二维BN进行掺杂尝试提供理论依据。     

Iron-Chloranilate Intercalation Compounds: Synthesis,Crystal Structures,and Thermal Properties

Abstract

Hydrogen bond supported new iron-chloranilate assemblies, {(Hpy)[Fe(CA)₂(H₂O)₂](H₂O)}_n (py = pyridine, H₂CA = chloranilic acid, C₆H₂O₄Cl₂) (1), and [(phz)₂[Fe(CA)₂(H₂O)₂](H₂O)₂]_n (phz = phenazine, C₁₂H₈N₂) (2) have been synthesized and characterized. Compound 2 crystallizes in the monoclinic, space group C2/m (#12), with a= 29.135(6) Å, b= 16.886(6) Å, c = 15.017(5) Å, ß = 165.907(1)°, V= 1798(2) ų, Z = 2. In both the compounds two chloranilate dianions and two water molecules are coordinated to the iron ion making anionic monomers [Fe(CA)₂(H₂O)₂]^?, which are the building blocks of the compounds. The coordination environment around the iron ion in the building block is a distorted octahedron, where two water molecules sit on the trans position to each other. [Fe(CA)₂(H₂O)₂]^? anions form common layer structures, supported by hydrogen bonds. Hpy⁺ are intercalated in between the layers of 1 by electrostatic and hydrogen bonding interactions and phz are intercalated in that of 2 by electrostatic interactions. DSC traces of 1 show anomaly at 174 K, indicating phase transition in the compound.     

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.     

地聚合物胶凝材料缩聚反应的第一性原理研究

采用基于第一性原理密度泛函理论的计算方法,以地聚合物胶凝材料在碱性条件下水解产生的[Al(OH)4]-和[SiO(OH)3]-两种离子团为基本基团,通过Materials Studio软件中的DMol3模块计算模拟了地聚合物胶凝材料的缩聚反应.研究并预测了多个[Al(OH)4]-和[SiO(OH)3]-缩聚反应形成多聚体的可能途径,并对所建立的结构模型进行几何优化和能量计算,从而阐释了地聚合物胶凝材料的缩聚反应机理,进一步验证了地聚合物胶凝材料的缩聚反应产物结构以三维空间网状结构为主.     

稀土离子Er3+掺杂Bi2WO6的第一性原理计算及可见光催化性能研究

采用溶剂热法合成了稀土离子Er3+掺杂Bi2WO6光催化剂.采用密度泛函理论(DFT)研究了Er3+掺杂Bi2WO6的晶体结构和电子结构.DFT计算结果表明,Er3+掺杂后在价带顶形成了Er杂质能级,Bi2WO6的带隙减小,有利于光生电子的生成和光生载流子的复合.实验结果表明,Er3+掺杂量对Bi2WO6的显微形貌影响不大.掺杂Er3+后,Bi2WO6的光催化性能得到显著提高,当掺杂4;摩尔比的Er3+时,产品的光催化性能最好,可见光照射150分钟后,可降解91.5;的罗丹明B,较未掺杂Bi2WO6的光催化性能提高了83;.     

蓝宝石晶体的热学性能研究

对热交换法生长的蓝宝石晶体的热学性质做了系统的研究.在298 ～1773 K的温度范围内,用热膨胀仪测量晶体的主热膨胀系数分别为α11=5.312×10-6 ～8.379×10-6 K-1,α33=6.008×10-6～9.317×10-6K.,r向热膨胀系数αr=5.402×10-6K-1～8.821×10-6K-1.在298 ～1273 K的温度范围内,测得晶体的比热为0.7798～1.2242 J/(g·K).采用激光脉冲法测量了在298～1273 K温度范围内晶体的热扩散系数,并通过计算得出主热导率分别为k11 =31.429～5.556 W/(m·K)和k33 =33.611 ～7.651 W/(m·K),r向热导率kr=36.521 ～9.153 W/(m· K).