α-A12O3基片（0001）表面及其对ZnO吸附位置研究

建立了一种2×2α-Al2O3 (0001)基片表面吸附ZnO模型,在周期边界条件下的k空间中,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法,对α-Al2O3 (0001)基片表面结构及其ZnO分子在表面最初吸附生长位置进行了计算研究.由于较大的表面弛豫,使得氧原子全部暴露于基片最外表面,明显地表现出O原子电子表面态;驰豫后的表面能对ZnO分子产生较强的化学吸附,表面电子结构将发生明显的变化,其表面最优吸附生长点的方位正好偏离α-Al2O3 (0001)表面氧六角对称30°;并计算了这些吸附生长点处Zn与表面O的结合能.     

AlN在α-Al2O3(0001)表面吸附过程的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,对α-Al2O3(0001)表面吸附AlN进行了动力学模拟计算,研究了AlN分子在a-Al2O3(0001)表面吸附成键过程、吸附能量与成键方位.计算表明吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,其化学结合能达到4.844eV.吸附后AlN化学键(0.189±0.010nm)与最近邻的表面Al-O键有30°的偏转角度,Al在表面较稳定的化学吸附位置正好偏离表面O六角对称约30°,使得AlN与蓝宝石之间的晶格失配度降低.     

SrO分子在GaN(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

建立了SrO/GaN(0001)2×2表面吸附模型,采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法对SrO分子的吸附生长进行了计算,详细研究了SrO分子在表面的吸附位置、吸附能及表面化学键特性。计算发现,SrO分子在GaN(0001)表面吸附不会发生分解,最稳定吸附位为Ga桥位,吸附能达到7.257~7.264 eV。通过电荷布居数和态密度分析,SrO分子吸附后O与表面的一个Ga原子形成的化学键表现出共价键特征,电子由SrO转移给表面部分Ga原子,GaN(0001)仍存在表面态。     

基于第一性原理研究H2O分子在双相TiAl合金表面的吸附行为

为研究电场作用对H2O分子在γ-TiAl和α2-Ti3Al表面的吸附行为影响,采用第一性原理方法对H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面不同吸附位置的吸附能、态密度、几何结构、电荷布局进行分析。结果发现,H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面上的top Ti位置吸附最为稳定,但电场更容易促进H2O分子与α2-Ti3Al（0001）表面的相互作用,即α2-Ti3Al更易与H2O分子发生反应,从而优先形成Ti的致密氧化膜,致使α2-Ti3Al被保护。探究γ-TiAl和α2-Ti3Al单相具有相同溶解速度的条件,对提升双相（γ-TiAl和α2-Ti3Al相）TiAl合金电解加工表面质量具有十分重要的意义。     

纳米ZnO-γ-Al_2O_3复合粉体的制备及其光催化性能

以γ-Al2O3为载体,采用均相沉淀法制备不同ZnO负载量的纳米ZnO-γ-Al2O3复合粉体。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附对复合粉体的结构、表面形貌和比表面积进行表征。以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE-10)为模拟污染物,对复合粉体的光催化性能进行评价。结果表明:ZnO成功负载到了γ-Al2O3表面,且负载量随着ZnO比例的增加而增加,当ZnO与γ-Al2O3质量比为2:1时,ZnO在γ-Al2O3表面形成均匀的薄膜,且这时的复合粉体催化性能最好。煅烧温度、复合物用量对其光催化性能有显著影响,300℃下煅烧所得的复合粉体,当添加量为0.3 g时,在紫外光下照射4 h后降解率可达到96%以上,重复使用6次后降解率仍可达90%以上。     

CaCO3在Fe(100)表面成垢机制的第一性原理研究

本工作基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了CaCO_3在α-Fe表面的成垢机制,并通过对难溶的文石型及方解石型CaCO_3在Fe(100)表面的吸附模型进行模拟计算,获得了它们的能量、电荷密度、能带结构及态密度等几何结构和电子特性。研究结果表明:文石型CaCO_3(文石)先于方解石型CaCO_3(方解石)吸附于α-Fe表面桥位,而后文石会释放部分能量而转变为斜六面体形态的方解石;碳酸钙在铁表面的附着实际是碳酸根中电负性较大的O原子与Fe原子之间发生电荷转移,O 2p轨道电子与Fe 3d轨道电子之间形成了共价键,因此发生了稳定的化学吸附。     

O2分子在Al(110)表面选择吸附性的对比研究

采用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)计算方法对比分析了 O2分子在 Al(110)面3个不同吸附位(顶位、桥位和穴位)的吸附性质,通过吸附能的比较,桥位的吸附能高于顶位和穴位,是最佳的吸附位。吸附质的态密度、吸附物 O2分子轨道电荷分布的变化以及金属表面原子轨道电荷分布的变化揭示了吸附过程中电荷的转移趋势。计算结果表明,通过分析吸附质的原子轨道电荷分布和电子态密度,发现 O2在 Al(110)表面吸附的过程中,主要是 O 原子的2P 轨道和 Al 的3S 轨道的电子相互作用,并展示出较强的化学吸附。     

温度对GaN(0001)表面吸附生长TiO_2分子的影响

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,模拟了在300,400,500,600和700℃5种温度下TiO_2分子在GaN(0001)表面吸附的动力学过程,研究了吸附过程中系统能量、动力学轨迹、Mulliken布居分析、表面成键电子密度分布(ELF)以及扩散系数等性质。结果表明,温度会影响TiO_2分子中两个O原子与GaN表面两个Ga原子成键顺序;500℃时O_2—Ga3成键的时间最早,TiO_2在GaN(0001)表面吸附生长的速率最快。600℃下TiO_2分子在物理吸附阶段的扩散系数比在500℃下扩大了接近100倍,500℃时O—Ga1的局域电荷分布ELF值最大为0.750,说明500℃下O—Ga1键共价性最强。由此可见,TiO_2分子在GaN(0001)吸附生长最佳温度是500℃。     

以第一性原理研究CaCO_3的表面能与电子结构

采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3(10~10)和(0001)晶面的表面能、表面驰豫与电子结构。结果表明(0001)面因较高的表面能而更不稳定,易与其它物质反应且具有较快的生长速度。(10-10)晶面因表面能低而生长缓慢,容易暴露。弛豫后(10-10)表面的Ca、C原子向内收缩而O原子却略微向外扩张,CO2-3集团发生转动使结构更稳定。(0001)表面的Ca原子以及第二层的C、O原子均向内收缩并且原子弛豫程度比(10-10)面大。计算的DOS表明:与CaCO3体相约5.0eV的带隙相比,表面结构的带隙略微减少,而(0001)表面减少更多。虽然表面C原子与O原子由于强烈的DOS交叠形成典型的共价键,而Ca-O键则相对较弱,(0001)表面结构的C-O和Ca-O键相对更弱,且表面稳定性主要与O-p电子有关。电荷密度表明(0001)面内的C原子与周围3个O原子之间存在强烈的C-O共价键而组成三角形状的CO2-3集团,其键能远大于Ca-O键。(10-10)表面模型的CO和Ca-O键均比(0001)面强,并且表面的电荷密度也高于(0001)面,因而更稳定。     

SnO2(110)表面电子结构的第一性原理

应用第一性原理DFT(密度泛函理论)研究了具有(1×1)和(2×1)对称性的SnO2(110)氧化表面、还原表面和缺陷表面的几何结构与电子结构,重点分析了表面氧空穴(O vacancy)对表面电子结构的影响以及对气体分子吸附的影响.研究结果表明,由于表面空穴的存在,SnO2(110)表面能隙中都出现了明显的表面态,由于表面氧的流失而留下来的电荷是产生这些表面态的主要原因,这些电荷主要集中在Sn上和附近的空穴中,与这些电荷相关的轨道是氧化物表面吸附研究的关键.     

应力条件下ZnO电子结构的第一性原理研究

计算了外压调制下ZnO体系电子结构特性,分析了外压对ZnO电子结构的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.结果表明:随着压力的逐渐增大,Zn-O键长缩短,价带与导带分别向低能和高能方向漂移,带内各峰发生小的劈裂,带隙Eg明显展宽,Zn的3d电子与O的2p电子杂化增强.     

氧原子在Be(0001)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理的计算方法研究了不同覆盖度下O原子在Be(0001)的表面吸附性质。首先确定O吸附在Be(0001)表面的最稳定吸附构型。通过O原子的吸附能,发现O原子更易吸附在hcp位,并且与Be表面发生氧化反应形成BeO。此外,研究了不同覆盖度下的力学性质,结果表明:不同覆盖度下O原子吸附在Be(0001)表面时,基态下均具有稳定结构;铍的抗断裂和拉伸能力随着O原子覆盖度的增大而增大。     

纳米ZnO/γ-Al2O3复合物的Ag改性及其光催化性能研究

采用氨浸法与均匀沉淀法结合制备了不同Ag负载量的纳米ZnO/y-Al2O3复合物,并用X射线衍射和X射线光电子能谱测定了Ag改性ZnO/γ-Al2O3复合物的晶型结构和表面元素组成及其化学态.以苯酚为模型污染物,在紫外光下考察了Ag改性前后纳米ZnO/γ-Al2O3复合物的光催化活性.结果表明,Ag能成功地负载到ZnO...     

六偏磷酸钠对LD7铝合金微弧氧化陶瓷膜结构及耐腐蚀性能的改善作用

目前未见采用微弧氧化技术提高LD7铝合金耐腐蚀性能的有关报道。在磷酸盐体系电解液中添加一定量的(NaPO3)6,采用微弧氧化(MAO)技术在其表面原位生成陶瓷层。通过扫描电镜、X射线衍射和电化学极化曲线等方法研究了添加(NaPO3)6对微弧氧化陶瓷层组成、结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明:添加(NaPO3)6后膜层厚度增加,表面粗糙度降低,膜层更加平滑致密,微孔数量明显减少;膜层主要由α-Al2O3,γ-Al2O3和少量的AlPO4相组成,以α-Al2O3为主;在3.5%NaCl溶液室温电化学行为中,微弧氧化后其自腐蚀电流密度比基体降低了2个数量级,添加(NaPO3)6后引起了阳极过程阻滞并减少Cl-富集,从而抑制了点蚀,使自钝化趋势得到提高,耐腐蚀性能明显增强。     

O2气流量对MOCVD法生长ZnO薄膜性质的影响

采用低压MOCVD方法,在(0001)Al2O3衬底上沉积了ZnO薄膜.研究了Ⅵ族源O2气流量的变化对薄膜结构、表面形貌及光致发光特性的影响.增加O2气流量,ZnO薄膜结晶质量有所降低,半高宽从0.20°展宽至0.30°,由单一c轴取向变成无取向薄膜.同时,生成的柱状晶粒平均尺寸减少,晶粒更加均匀,均方根粗糙度减小.PL谱分析表明随O2气流量加大,带边峰明显增强,深能级峰明显减弱,ZnO薄膜光学质量提高.这些事实说明在本实验条件下,采用低压MOCVD方法生长的ZnO薄膜在光致发光特性主要依赖于Zn、O组份配比,而不是薄膜的微观结构质量.     

用氢化物气相外延(HVPE)法生长的氮化铟薄膜的性质研究

在自制设备上用氢化物气相外延(HVPE)方法在α-Al2O3以及GaN/α-Al2O3衬底上生长了InN薄膜,并对其性质进行了研究.重点研究了生长温度的变化对所获得的InN薄膜的影响,并利用X射线衍射研究了InN薄膜的结构,用扫描电子显微镜研究了其表面性质,用霍尔测量研究了其电学性质.X射线衍射的结果表明,直接在α-Al2O3上生长得到的是InN多晶薄膜;而在GaN/α-Al2O3上得到的InN薄膜都只有(0002)取向,并且没有金属In或是In相关的团簇存在.综合分析可以发现,在650℃时无法得到InN薄膜,而在温度550℃时生长的InN薄膜具有光滑的表面和最好的晶体质量.     

电池负极材料Ti3C2M2MXene表面修饰及Li存储能力的第一性原理计算研究

Ti3 C2是一种具有较好Li存储能力的电池负极材料,表现为金属导电性,具有较好的循环使用率和低的迁移势垒等优点.本研究采用密度泛函理论(DFT),运用第一性原理计算了多种表面基团作表面修饰结构的电子性能.本研究选取九种表面基团,分别是卤族F、Cl,氧族O、S、Se、Te,等相对分子质量OH、NH2、CH3.表面基团吸附设计了三种方法:Ti(2)上方吸附、C上方吸附、Ti(1)上方吸附,计算结果表明,同一种表面基团中的Ti(2)上方吸附具有更低的体系总能量E0,结构表现更加稳定.而在同一组中质量分数小的基团及原子数少的基团,电子性能越好,有更好的电子传输性能.最终对比表面基团F、O、OH的结合能,分别是-5.37 eV、-4.96 eV、-5.00 eV,F基团的结合能最低,表现为最好的结构稳定性,而Ti3 C2 O2具有最大的开路电压0.44 eV和最高的Li存储容量268.61 mA·h·g-1.     

超细粉团聚机理的研究

以亚微米α-Al2O3粉体为研究对象,从表面结构和粉体间的相互作用分析入手,对超细粉体团聚机理进行了研究,并明确指出:Al2O3等氧化物超细粉体表面多羟基(-OH)结构和高的比表面积是导致粉体、浆体团聚,影响坯体和陶瓷体均匀性和致密度的主要因素.     

沉淀法制备纳米AlO3过程中亚稳态相变温度的研究

采用沉淀法以Al(NO3)3·9H2O和NH3·H2O为原料制备了Al(OH)3干凝胶,经过高温煅烧合成纳米级的α-Al2O3粉末,研究了不同的Al(OH)3干凝胶样品的TG/DTA变化和煅烧过程中亚稳态Al2O3的相变过程.试验证明,Al(OH)3干凝胶中NH4NO3和α-Al2O3籽晶的存在使θ→α成核势垒降低,从而使得相变温度也降低.NH4NO3的存在使θ-Al2O3→α-Al2O3的相变温度降低了40℃;NH4NO3和2wt%α-Al2O3籽晶的双重作用则使θ→α的相变温度约降低220℃.制备出的α-Al2O3粉末,粒径分布均匀,无明显团聚,近似六方球形,平均粒径为70nm.     

不锈钢表面阴极等离子体液相沉积氧化铝层

使用阴极等离子体液相沉积技术在不锈钢表面生成了厚度达40μm的氧化铝膜层,研究了电流密度对膜层的组成和结构影响,以及膜层的生长规律和形成过程.膜层由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,随着电流密度的增大,α-Al2O3的含量逐渐增大,电流密度为8 A/dm2时达到86%.膜层的表面粗糙、多孔,随着电流密度的增大,表面颗粒状明显增多,微孔数减少;基体中的Fe没有进入膜层,从膜层内向外Al和O的含量逐渐下降.