应力对Co掺杂ZnO光学性质的影响

利用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,对Co离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算.计算了压力条件下ZnO体系的光学特性,分析了压力对ZnO光学性质的影响.从理论上给出了掺杂ZnO材料电子结构与光学性质的关系,并结合实验结果定性分析了掺杂后光学性质的变化.     

Co掺杂ZnO的第一性原理计算

为了拓宽ZnO光电材料的应用前景,研究了ZnO薄膜的晶体电子结构、掺杂以及光学性质.采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了ZnO和Zn0.9Co0.1O的能带结构、电子结构和光学性质.计算结果表明:纤锌矿ZnO为直接带隙半导体,掺杂10%Co后ZnO能级发生劈裂,态密度向稳定的低能级移动,禁带宽度变窄,吸收谱红移,呈现铁磁性.     

渐进结构优化方法及算例

渐进结构优化法(ESO)是近年来兴起的一种解决各类结构优化问题的数值方法.其原理是通过将结构中无效或低效的材料逐步去掉,使剩下的结构逐渐趋于优化.与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便.本文阐述了渐进结构优化法的基本原理和具体步骤,并按照各种约束条件详细介绍了该方法在国内外的研究进展和典型范例.     

钙钛矿型氧化物电子能带结构计算方法比较

论述了钙钛矿型氧化物电子能带结构的几种常用计算方法:即赝势方法、线性缀加平面波方法(LAPW)、全电势LAPW方法(FLAPW)和线性化Muffin-tin轨道方法(LMTO)等,并采用赝势方法计算了BaTiO3材料的电子能带结构和光学性质,且将计算所得结果与FLAPW方法、TB-LMTO方法及其它方法的计算结果进行比较,发现这些能带计算方法有着各自的优缺点,但总体来说赝势方法和FLAPW方法是目前基于密度泛函理论(DFT)中计算能带结构较为准确的第一性原理计算方法.     

弹性亚耦联系统的变分原理

针对结构和材料变形模拟中模型与原型间相互关系的特点,给出了弹性亚耦联系统的定义,建立差功原理、弹性亚耦联系统的变分原理,并应用该原理对周边固定、受均布载荷作用的圆板作了计算.     

CeO_2掺杂Mn的密度泛函理论

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对不同Mn掺杂浓度的CeO2晶体结构进行了结构优化,分别计算了体相及掺杂后的晶胞参数,总能量,态密度和能带等.从理论上分析了Mn掺杂对CeO2晶体电子结构的影响,为CeO2材料的掺杂改性研究提供了理论依据.     

CeO2掺杂Mn的密度泛函理论

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对不同Mn掺杂浓度的CeO2晶体结构进行了结构优化,分别计算了体相及掺杂后的晶胞参数,总能量,态密度和能带等.从理论上分析了Mn掺杂对CeO2晶体电子结构的影响,为CeO2材料的掺杂改性研究提供了理论依据.     

Review:Application of the CALPHAD Approach and First-Principles Calculations to Electrode Materials in Li Ion Batteries

综述：运用CALPHAD方法和第一原理计算研究锂离子电池电极材料

王建川¹, 常可可², 杜勇¹, 张帆¹, 刘树红¹, 李一为¹

(1.中南大学 粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083;

2.亚琛工业大学 材料化学系,亚琛,德国)

创新点说明：

随着材料科学基础理论和计算技术的飞速发展,集成计算材料工程成为开发新材料所需的重要手段。本文结合作者已有的工作及同行研究,综述了计算模拟方法在锂离子电池电极材料中的应用。以正极材料Li–O, Li–Co–O和 Li–Ni–O,以及负极材料Li–Sb和Li–Sn为示范,回顾了宏观的相图计算方法和微观的基于密度泛函理论的第一原理计算方法在锂离子电池体系相关材料中的运用。

研究目的：

回顾计算相图法与第一原理计算方法相结合在锂离子电池电极材料中的运用。

研究方法：

计算相图法CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams);第一原理计算。

结果：

计算相图法与第一原理计算相结合可以准确地预测Li-Co-Ni-O和Li-Sn-Sb体系的热力学性质、相平衡关系和电池的开路电压等;这些精确的二元系和三元系的热力学数据可为构造多元锂离子电池电极材料的热力学数据提供必要的数据支持。

结论：

计算相图法与第一原理计算结合,是设计锂离子电池电极材料的一个重要方法;相图计算不仅能计算相平衡关系,还能预测锂电池的开路电压。

关键词：锂离子电池;计算相图法;电池电压;电极材料

     

晶体Si能带的密度泛函及第一性原理计算

针对晶体Si在二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路中的应用与其能带结构密切相关的问题,采用密度泛函理论及第一性原理的赝势平面波方法,从理论上计算了晶体Si的电子能带.计算结果表明：Si的晶格常数为0.540nm,与实验参考值相吻合;其价带宽度为11.80eV,导带宽度为9.58eV,该结果与其他学者用OPW方法所计算的结果相符合;价带与导带之间的禁带宽度为0.80eV,进一步说明了Si是良好的半导体材料.     

室内配电房母线工频磁场屏蔽研究

介绍工频磁场的屏蔽原理,探讨室内配电房母线磁场的屏蔽技术,采用二维涡流场有限元计算方法,计算分析屏蔽板的布置方式、材料选择、结构尺寸等对屏蔽效能的影响,提出工程应用建议.     

二氧化铈的电子结构和导电性研究

采用第一性原理赝势平面波方法计算了立方萤石型CeO2的晶体参数.在此基础上,计算了能带结构、总态密度、分波态密度和布居分布,分析了CeO2的的电子结构,研究了其导电性较弱的原因.     

钙钛矿型ScRh3X（X=B，C，N）的第一性原理研究

利用第一性原理研究了钙钛矿型的ScRh3X（X=B,C,N）及其固溶体的结构、弹性、电子性质等。研究结果表明,对于平衡状态下的ScRh3BxC1-x（0〈x〈1）固溶体,其结构参数和已知的实验数据相一致,和ScRh3C结构相比,在0〈x〈1的范围内,固溶体ScRh3BxC1-x的体积弹性模量和弹性常数C44随着价电子浓度的增加增大,而剪切模量却表现出单调下降的趋势。本文根据计算得到的电子结构信息对这些现象进行了分析,发现剪切模量比体积弹性模量或C44能更好的预测该体系的硬度。     

Calculated structure, elastic and electronic properties of Mg2Pb at high pressure

The effects of high pressure on structure,elastic and electronic properties of the intermetallic Mg₂Pb were calculated by the first-principles plane wave pseudo-potential method in the scheme of density functional theory（DFT）within the generalized gradient approximation.The elastic constants and Debye temperature obtained at 0 GPa are in good agreement with the available experiment data and other theoretical results.The electronic properties calculated suggest that the electronic density of states（DOS）at the Fermi level decreases under high pressure.     

镧系掺杂ZnO的电子结构和光学性质

通过第一性原理计算研究了镧系元素掺杂ZnO的电子结构和光学性质。结果表明: 单层ZnO中掺杂形成能低于体ZnO的形成能。较Zn原子而言, 具有更大原子半径的镧系原子的引入使得掺杂后的ZnO的晶格常数变大。镧系元素的4f电子与O的2s和Zn的3p、4s轨道电子的杂化使非磁性的ZnO在掺入单个镧系原子后呈现出一定的铁磁性。镧系元素掺杂ZnO使体系的价带和导带之间出现了杂质能级, 这使带隙减小从而提高了ZnO的导电能力; Eu/La/Ce掺杂ZnO的光吸收谱在近红外区域出现了新的吸收峰。随Eu/Ce-O_i双缺陷的形成, 氧间隙明显地改变了ZnO的光学性质。     

First-principles investigation of the phase stability of MgAl2 compounds

First-principles have been calculated to investigate the phase stabilities of the intermetallic phase of MgAl2 compounds by electronic structures and the charge distribution maps.The first-principles e...     

M-graphene的插层化合物C4K的第一性原理研究

通过在二维碳材料M-graphene的层间插入碱金属钾,设计了一种空间群为Pmmm的C₄K化合物,基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了C₄K的晶体结构、热力学稳定性和电子性质。结果显示,C₄K在高压下热力学稳定,可以在7.5-24.5 GPa被合成,电子性质呈现出金属性。本工作为实验上合成碱金属和碳的化合物提供了一定的理论指导。     

Structures and properties of Sc and Y metals

Ａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｍｂｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅ ,ｔｈｅｓｔａ ｂｌｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｔａｔｅｏｆＳｃａｎｄＹｈａｓａｈｅｘａｇｏｎａｌｃｏｌｓｅ ｐａｃｋｅｄ(ｈｃｐ)ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ(αｐｈａｓｅ) .Ａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ,ｂｏｔｈｍｅｔａｌｓｕｎｄｅｒｇｏａｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｏａｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄｃｕｂｉｃ(ｂｃｃ)ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ( βｐｈａｓｅ) .Ｔｈｅｐｈａｓｅｓｔａ ｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａ…     

Ce-Mg合金体系弹性性质与电子结构的第一性原理研究

为了探讨Ce-Mg体系金属间化合物的力学性质与其晶体结构相联系的微观机制,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了3种立方Ce-Mg体系金属间化合物CeMg、CeMg2和CeMg3的电子结构和弹性性质。计算结果表明,CeMg3有最高的体模量和剪切模量,分别为41.1GPa和30.7GPa,CeMg2的体模量和剪切模量则在3种金属间化合物中最低,分别为35.1GPa和14.0GPa。CeMg、CeMg2和CeMg3均满足立方晶系力学稳定性要求,CeMg3与CeMg为脆性材料,而CeMg2为延性材料。各向异性性质分析表明,CeMg具有很高的弹性各向异性,而CeMg2的体模量、剪切模量以及杨氏模量尽管最低,但其显示出良好的各向同性性能。计算CO-HP及电荷密度分布揭示了Ce-Mg合金体系弹性性质的变化与体系中化学成键差异密切相关,晶体中Mg-Mg键较强的材料比晶体中Ce-Mg键较强的材料有着更好的延展性。     

TiS2的电输运性质及其压力效应

利用第一性原理计算和高压原位霍尔效应测量技术,研究了TiS2的基态电子结构和高压下的电输运性质。研究结构表明：TiS2展现半金属特性;TiS2的电输运特性在15 GPa前后发生突变。TiS2的电输运行为的压力效应与其杂质能级压致离化后的传导有关。