Cu掺杂MgF2晶体的电子结构及光学特性

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纯的MgF2晶体和掺杂不同原子分数(2.08%,4.16%,6.24%)Cu的MgF2晶体结构、电学性质以及光学性质.结果表明:Cu的掺入导致MgF2晶体禁带宽度逐渐变窄,并且Cu掺杂使得MgF2晶体折射率和吸收峰增加,特别是在4eV附近区域出现了新吸收峰.同时也给出了引起体系性质变化的物理机制,Cu掺杂MgF2晶体在光电化学方面有着潜在的应用价值.     

TiO2/SiO2多层膜的带隙结构及光催化性能

利用传输矩阵法设计了由SiO2、TiO2组成的多层膜高透射率光子晶体结构,并分析了其透射谱特性,根据等效层原理改变多层膜一维光子晶体的自身结构来提高通带内特征波长附近的透射率,获得了最佳结构参数。研究结果表明,当晶格参数为150nm,填充比为0.346,周期数为6时,400nm波长附近吸收带处的透射率最低也可达96.5%,并且不论是TM模式还是TE模式,入射角在0°～45°范围内仍保持高的透射率,该结构可望用于空气净化装置以提高SiO2、TiO2光催化剂的光催化效率。     

过渡金属(Fe,Co,Ni,Zn)掺杂金红石TiO2的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对未掺杂以及不同浓度过渡金属Fe,Co,Ni,Zn掺杂金红石TiO₂的超晶胞体系进行了几何优化,并讨论了其晶格常数,电子能带结构和光学性质.研究结果表明:掺杂前后的晶格参数与实验值偏差在3.6%以下;适量的过渡金属掺杂不但影响体系能带结构,拓宽光吸收范围,而且扮演着俘获电子的重要角色,有利于光生电子-空穴对的有效分离以及增强光吸收能力;Fe,Co,Ni,Zn最佳理论掺杂体系分别为Ti_0.75Fe_0.25O₂,Ti_0.75Co_0.25O₂,Ti_0.75Ni_0.25O₂,Ti_0.83Zn_0.17O₂;Fe,Co,Ni3d态分裂为t_2g和e_g态,分别贡献于价带高能级和导带低能级部分,促进了电子-空穴对的生成,从而可提高TiO₂的光催化性能;Zn3d态电子成对填满轨道,不易被激发,故光催化活性无明显提高.     

富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯的结构和电学性质第一性原理研究

使用B3LYP/6-31G（d）方法对有机太阳电池中作为电子受体材料的富勒烯衍生物苯基C₇₁-丁酸甲酯（［70］PCBM）的同分异构体进行了计算.PCBM与C₇₀通过六元环和六元环共用的CC双键加成得到的产物是热力学控制产物;通过五元环和六元环共用的C—C键加成得到的产物则是动力学控制产物.［70］PCBM与C₇₀的第一绝热电子亲和势很接近.PCBM对前线轨道贡献很小,［70］PCBM的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道（LUMO）的电子云主要分布在C₇₀笼上.PCBM提升了C₇₀的LUMO能级水平,有利于提高太阳电池的光电转换效率.自然布居分析表明,PCBM与C₇₀之间没有发生显著的电荷转移.所有的性质研究表明,PCBM基团并不涉及电池光电转换过程,但在调整C₇₀能级水平提高光电转换效率中发挥了重要作用. 关键词： 71-丁酸甲酯')" href="#">苯基C₇₁-丁酸甲酯 电子受体 结合能 第一绝热电子亲和势     

富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯的结构和电学性质第一性原理研究

使用B3LYP/6-31G(d)方法对有机太阳电池中作为电子受体材料的富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯([70]PCBM)的同分异构体进行了计算.PCBM与C70通过六元环和六元环共用的CC双键加成得到的产物是热力学控制产物;通过五元环和六元环共用的C-C键加成得到的产物则是动力学控制产物.[70]PCBM与C70的第一绝热电子亲和势很接近.PCBM对前线轨道贡献很小,[70]PCBM的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道(LUMO)的电子云主要分布在C70笼上.PCBM提升了C70的LUMO能级水平,有利于提高太阳电池的光电转换效率.自然布居分析表明,PCBM与C70之间没有发生显著的电荷转移.所有的性质研究表明,PCBM基团并不涉及电池光电转换过程,但在调整C70能级水平提高光电转换效率中发挥了重要作用.     

在硅片上沉积厚二氧化硅的火焰水解法研究

用火焰水解和高温烧结的方法在单晶硅基片上制备了厚SiO2和B2O2-P2O2-SiO2光波导包层材料。并用扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)方法对其微观形貌和物相结构进行了观察和检测。重点对硅基片上沉积厚SiO2时的龟裂和析晶问题进行了深入研究。从扫描电镜照片可以看出．火焰水解法形成的SiO2粉末呈多孔的蜂窝状结构。这种粉末具有很高的比表面积,因而很容易烧结成玻璃。X射线衍射图谱表明．这种粉末是完全非晶态的。经过烧结以后,从扫描电镜照片可以明显看出硅基片上的SiO2薄膜出现龟裂。同时,X射线衍射测试结果表明有少量SiO2析晶。而通过在SiO2中掺入B2O3、P2O5,上述龟裂和析晶完全消失。用这种工艺制备的SiO2波导包层材料厚度达到20μm以上,表面光滑、没有龟裂,而且是完全玻璃态的,可以用于制备性能优良的各种硅基二氧化硅波导器件。     

高压下Ti_2AlX(X=C,N)的结构、力学性能及热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了压力对Ti_2AlC与Ti_2AlN结构、力学性能的影响.研究发现压力的增大会使体系的体积比降低,Ti_2AlC压缩性较Ti_2AlN好.力学性能研究发现,压力的增大使材料抵抗变形能力增强,体系的延展性有了很大的提升,当压力超过40 GPa后,Ti_2AlC与Ti_2AlN从脆性材料转变为延性材料,体模量与剪切模量的比值达到1.75,延展性有了很大的提升.通过准谐德拜模型,分析了压力与温度对Ti_2AlC与Ti_2AlN体模量、热容及热膨胀系数的影响.结果表明,随着温度的升高,Ti_2AlN与Ti_2AlC的体模量下降.定容热容与定压热容的变化趋势相同,但在高温下,定容热容遵循Dulong-Petit极限,温度对热容的影响效果较压力明显.温度与压力对Ti_2AlN与Ti_2AlC线膨胀系数的影响主要发生在低温区域.     

紫外线波段一维Ag/MgF_2光子特性的理论研究

利用传输矩阵方法对一维Ag/MgF2光子晶体的带隙特性进行了研究。构建了由Ag和MgF2组成的一维光子晶体结构模型,以此模型为基础详细讨论了填充比、周期层数、入射角等参数对光子晶体带隙结构的影响,并讨论了造成吸收的原因。研究结果表明,与其他金属光子晶体的研究结果相比,该结构的金属光子晶体在紫外线波段具有高反射率的光子带隙,属于不完全带隙的一维光子晶体,适用于制作紫外线波段的光学反射镜。     

压力作用下Mg_2X(X=Si,Ge)相热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了压力作用下Mg_2Si和Mg_2Ge的结构、弹性和热力学性质。计算结果表明:0GPa压力作用下两者的晶格参数与实验值以及其他理论值吻合较好,且相对晶格常数a/a_0和晶胞体积V/V_0均随压力的增大而减小;在0~25GPa压力作用下,Mg_2Si和Mg_2Ge相体模量B、剪切模量G、杨氏模量E均随压力的增大而增大,材料的刚度和塑性均增强,当压力达到15GPa时,材料由脆性转变为延性。最后借助准谐德拜模型和Gibbs软件,研究了温度与压力对Mg_2Si和Mg_2Ge的德拜温度、体模量、热容和热膨胀系数的影响。     

金属插层对C60/AlN一维光子晶体带隙的影响

利用传输矩阵方法,研究了金属Ag插层对C60/AlN一维光子晶体带隙宽度以及反射率的影响.结果表明：在C60与AlN之间插入Ag组成的［C60/Ag/AlN］n一维光子晶体,与未插入Ag层相比可使带隙增宽73.91%,最大反射率提高到91.01% .该结构可望用于制作紫外线波段的宽带反射镜.