一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底，以形成一定的图案；利用LP-MOCVD在经过表面处理的蓝宝石衬底上以及常规c-面蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)、三维视频光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)进行分析，结果表明，在经过表面处理形成一定图案的蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜明显优于在常规蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜，其(0002)面上的XRD FWHM为208.80弧秒，(1012)面上的为320.76弧秒.同时，此方法也克服了传统 关键词： 表面处理 MOCVD 横向外延生长 GaN薄膜     

镍镁铝类水滑石的超分子结构、电子性质及稳定性

以Ni²⁺同晶取代Mg²⁺的方式构建镍镁铝类水滑石(HT)的周期性计算模型, 通过进行密度泛函理论计算,研究了含镍水滑石的的超分子结构、电子性质及稳定性. 结果表明, 随着镍离子逐渐取代镁离子, 金属离子之间的平均距离逐渐减小, 层间距逐渐增大, 与实验结果一致. 与此同时, 电子逐渐从主体层板向客体阴离子传递,导致主客体之间的静电作用力及整体超分子作用力逐渐增强, 结合能的绝对值逐渐增大, 体系的稳定性增加.在微观结构上, 电子传递行为使层板中平均金属―氧键键长逐渐减小, 且金属配位角的畸变情况得到一定程度的缓解, 这些变化都有利于形成更稳定的体系, 说明镍铝类水滑石在理论上比镁铝水滑石更稳定.     

正二十面体Au13和Pt13团簇上肉桂醛的吸附

运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论的Perdew-Burke-Ernzerh (PBE)方法, 研究了肉桂醛在正二十面体Au₁₃和Pt₁₃团簇上的吸附行为. 通过分析不同吸附模式的吸附能和几何构型发现: 同一金属团簇, 顺式肉桂醛的吸附能强于反式肉桂醛的吸附能. 对于Au₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝C和C＝O共吸附模型; 对于Pt₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝O吸附. 比较二者发现, 肉桂醛在Pt₁₃团簇的吸附能力强于Au₁₃团簇.分析Au₁₃和Pt₁₃团簇上肉桂醛最稳定吸附构型的电子结构表明, 电子由肉桂醛原子的2s、2p轨道向金属表面转移, 同时金属部分电子反馈到肉桂醛的反键轨道, 最终肉桂醛稳定吸附于金属团簇. 此外, 肉桂醛在团簇模型上的吸附能大于其在平板模型上的吸附能.     

多量子阱中注入载流子的非均匀分布

根据多量子阱中注入载流子的输运机制,计算了多量子阱中注入载流子的非均匀分布.引入不均匀度参量Asy来衡量载流子分布的不均匀程度,分析了各种敏感因素对载流子非均匀分布的影响.指出注入载流子分布的非均匀性,随量子阱数、注入电流、量子垒高度的增加而显著增加,随工作温度的升高而减小.     

蓝宝石表面处理对氮化镓薄膜的影响

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底,以形成一定的图案;利用LP-MOCVD在经过不同腐蚀时间的蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）、三维视频光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。结果表明,对蓝宝石衬底腐蚀50min情况下,外延生长的GaN薄膜晶体质量最优,其（0002）面上的XRD 半峰全宽为202.68arcsec,（10-12）面上的XRD 半峰全宽为300.24arcsec;其均方根粗糙度（RMS）为0.184nm。     

糠醛在Pt(111)表面的吸附和脱碳反应

采用广义梯度近似的密度泛函理论并结合平板模型的方法, 优化了糠醛分子在Pt(111)面的吸附模型,并探究了糠醛脱碳反应形成呋喃的机理. 结果表明: 吸附后糠醛分子环上的C―H(O)键及支链―CHO相对于金属表面倾斜上翘, 分子平面被扭曲, 易于呋喃的形成; 同时, 糠醛分子向Pt表面转移电子0.765e, 环中的大π键与Pt(111)表面的d轨道发生较强的相互作用, 使得糠醛的芳香性被破坏, 环上的碳原子呈现准sp³杂化. 此外, 对糠醛脱碳反应中的各反应步骤进行过渡态搜索, 通过比较各步骤的活化能, 得出糠醛更易先失去支链上的H形成酰基中间体(C₄H₃O)CO, 中间体继续脱碳加氢形成产物呋喃. 该过程的控速步骤为(C₄H₃O)CO^*+^*→C₄H₃O^*+CO^* (^*为吸附位),活化能为127.65 kJ·mol^-1.     

铜镁铝三元水滑石的姜-泰勒效应

采用密度泛函理论(DFT),用CASTEP程序模块,对类水滑石(CuxMg3-xAl-LDHs,x=0-3)周期性模型进行几何全优化,通过分析各体系的结构参数、电子排布、氢键、Mulliken电荷布居、结合能,总结出体系中的姜-泰勒效应和结构稳定性规律.结果表明,姜-泰勒效应不仅存在于d轨道未排满的Cu2+中,在p轨道未排满的Mg2+中也可能存在,且未饱和的d、p轨道共同影响着金属离子姜-泰勒畸变的大小.在CuxMg3-xAl-LDHs(x=0-3)中,铝八面体和镁八面体分别以稳定的拉长的八面体形式存在.而随着Cu2+的增加,铜八面体逐渐从压扁的八面体向稳定的拉长的八面体形式转变,体系获得了逐渐增多的姜-泰勒稳定化能.总体上,随着Cu2+的增加,体系中姜-泰勒效应导致的畸变使主客体间的氢键和静电作用力均有减弱趋势,且体系的结合能绝对值逐渐减小,故体系稳定性下降.这有助于从理论上进一步认识含铜水滑石的姜-泰勒效应.     

铜锌镁铝四元水滑石的微观结构及其姜-泰勒畸变

采用密度泛函理论(DFT),选取CASTEP程序模块,对铜锌镁铝四元水滑石[(M)-IV-LDHs(M=Cu,Zn,Mg,Al)]周期性模型进行几何全优化,从各体系的结构参数、电子排布、Mulliken电荷布居、结合能、氢键等方面,研究了体系中的姜-泰勒效应、氯离子位置对层板畸变及体系稳定性的影响.优化结果表明,姜-泰勒效应不仅存在于d轨道未排满的Cu2+中,也存在于理论上d轨道排满的Zn2+与p轨道未排满的Mg2+中.氯离子排在金属上方的体系,其金属畸变程度大于氯离子排在非金属上方的体系.同时,对于本文选取的8个CuAl-IV-LDHs体系,结合能绝对值按照1-8号逐渐降低,体系的稳定性下降,最终转变为不稳定的压扁的八面体构型.这有助于从理论上对含铜四元水滑石的姜-泰勒效应进一步认识.     

硫代硫酸根插层水滑石的层间限域反应

将无机阴离子硫代硫酸根(S2O23-)限域在锌铝水滑石(LDH)层间,并研究了其在水滑石层板限域空间内被铁氰根(Fe(CN)63-)氧化的反应过程.通过X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪对反应的中间产物和最终产物进行的表征发现,氧化产物连四硫酸根(S4O62-)进入到溶液中,还原产物亚铁氰根(Fe(CN)64-)则保留在水滑石层间.进一步系统研究了该反应的动力学过程,考察了硫代硫酸根插层水滑石用量、铁氰化钾浓度和温度对反应的影响.结果表明该氧化还原反应符合球体内扩散模型.根据温度对反应速率影响,得出了该反应的表观活化能为24.6kJ.mol-1,比相同条件下溶液中反应活化能降低了约13.7kJ.mol-1.采用分子动力学(MD)模拟计算了水分子含量对硫代硫酸根插层水滑石层间距大小的影响.计算表明:在水溶液环境中,水滑石微反应器的尺寸在特定方向具有可调控性.根据实验表征和理论计算对该层间反应的机理进行了探讨.因此,该类层状材料可以作为一种新型纳米级微反应器应用于调控化学反应.     

二价金属离子对含铜水滑石结构稳定性的影响

通过构建不同的二价金属离子(M²⁺=Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Co²⁺)部分取代铜离子形成CuM₂Al 水滑石(CuM₂Al-LDHs)的周期性模型, 基于密度泛函理论(DFT), 用CASTEP程序模块对周期性模型进行几何全优化和性质计算, 通过分析各体系的结构参数、电子排布、Mulliken 电荷布居、氢键、结合能, 总结出含铜水滑石体系结构的稳定性规律. 计算结果表明: 在CuM₂Al-LDHs 体系中, 主客体间作用力对层板厚度的影响占主要因素; M离子对中心三价铝离子的影响较小, 对二价铜离子的影响较大, 其中价电子均匀排布的M离子对铜的畸变影响小于价电子不均匀排布的M离子. 另外在价电子均匀排布的CuM₂Al-LDHs 体系中, 主客体间的静电作用力和氢键强度逐渐增强. 总体上, 随着M离子周期数的增加, 体系的畸变角增大, 结合能绝对值逐渐减小, 体系的稳定性下降. 价电子不均匀排布的CuCo₂Al-LDHs 体系的稳定性最差. 这有助于从理论上更好地认识含铜水滑石的合成规律.