Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

La掺杂AgSnO2触头材料的电性能

由于Cd有毒性,AgSnO2触头材料逐渐取代了 AgCdO 成为新型触头材料,但由于AgSnO2触头材料中的SnO2近乎绝缘,使得触头材料的接触电阻增大,故改善SnO2的导电性是急需解决的重大难题.本文提出了一种简单的、低成本的La掺杂AgSnO2触头材料的设计方法.采用模拟计算的方法,利用第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法,建立了SnO2以及不同比例La掺杂的SnO2超晶胞模型,在对其进行几何优化之后分别研究了 La掺杂比为50%、25%、16. 67%、12. 5%、8.34% 的SnO2材料的电子结构,并研究了其晶格参数、能带结构和态密度等.结果表明,掺杂后材料晶胞体积变大. La的5d轨道进入导带,使得导带底向低能端移动,禁带宽度变小.最终得出La掺杂比为16.67% 时导电性最佳.最后进行了不同掺杂比下触头材料的电接触性能试验,得到了接触电阻和燃弧能量等电接触性能参数并验证了模拟结果.因此,本文的研究为触头材料的发展和应用提供了理论依据.     

La、Bi共掺杂Ag/SnO2触头材料导电性能的理论分析

通过CASTEP软件计算了La、Bi共掺杂SnO2的电子结构和导电性能,分析了晶格常数、能带结构、态密度和电荷布局。分析结果表明,共掺杂后的材料仍为直接带隙半导体材料,共掺杂后晶胞体积增加,La的5p和Bi的6s、6p电子态进入导带部分,使导带底向低能端移动,费米能级进入价带顶,带隙变小,载流子只需较小的能量就可以从价带跃迁至导带,与La,Bi单掺杂相比,SnO2的导电性进一步增强。该仿真结果与已有的实验结果相互验证,为获得导电性优良的Ag/SnO2触头材料提供了理论支持。     

掺杂Nd对ZnO电子结构和光学性质的影响

研究分析了Nd掺杂对ZnO体系的电子结构和光学性质的影响;根据密度泛函理论(DFT),采用第一性原理平面波超软赝势方法,对Nd掺杂的ZnO晶体结构进行几何优化,并计算体系的能带结构、总态密度、分波态密度、光学性质;结果表明,掺杂后体系晶格常数增大,带隙变宽,费米能级进入导带,介电常数、吸收系数发生较大变化;Nd是一种有效的ZnO体系施主掺杂元素;Nd的掺入提高了ZnO体系的导电性能,改善了光学性能。     

La、Sb共掺杂SnO 2电性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,使用软件构建了Sb、La单掺杂与共掺杂SnO_2的超晶胞模型,几何优化并计算分析其晶体结构、能带结构、态密度及布居。结果显示:与单掺杂比,La-Sb共掺后的热稳定性最高,仍是直接带隙材料。Sb的5s、5p态和La的5p态在导带底引入杂质能级,使得导带下移,带隙变小,载流子跃迁所需的能量减少;共掺杂时电子共有化程度最高,电子转移加剧。共掺杂后SnO_2材料的导电性能改善最好,分析结果可作为后续材料发展的理论依据。     

Ta掺杂锐钛矿相TiO2的理论分析

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对Ta掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学吸收性质进行计算。结果表明,TiO2中掺杂Ta后,杂质能级与导带底混合,禁带宽度明显减小;杂质能级的引入和禁带宽度的减小使得Ta掺杂锐钛矿相TiO2光吸收在可见光范围内出现明显吸收增强。     

Ni掺杂CdS电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,对纤锌矿结构CdS和CdS∶Ni几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。计算结果表明,Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变;Ni的掺杂在费米面附近引入杂质能级,极大地提高了CdS系统的导电性。光学性质的计算结果显示,掺杂导致在可见光区域出现了强度微弱的新吸收峰。所有结果表明,Ni掺杂CdS体系是极具潜力的透明导电材料。     

不同浓度Cu掺杂SnO2材料电学和力学性质的研究

为研究Cu掺入对SnO_2性能的影响,本文采用密度泛函理论和平面波赝势法,建立了未掺杂SnO_2和不同比例Cu掺杂的SnO_2晶胞模型,对Sn_(1-x)Cu_xO_2(x=0、0.083、0.125、0.167、0.25、0.5)超晶胞体系进行优化计算、能量计算和弹性模量计算,得到晶格常数、弹性模量、电荷分布、能带结构和态密度图.研究表明:掺杂能够使得材料的弹性模量大幅减小,对应的硬化函数值降低,易于材料加工;在电性质方面,掺杂后,材料均属于直接带隙半导体材料.当x0.25时,由于掺杂浓度过高使得晶格发生畸变,电性质与未掺杂情况类似;当x0.25时,随着掺杂浓度的降低,导带收缩加剧,局域性增强,禁带宽度变窄,使得电子从价带受激跃迁所需能量降低,故掺杂后材料表现出半金属性,导电性增强.     

Ni掺杂浓度对CdS:Ni体系电子和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,对纤锌矿结构CdS:Ni的几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质随Ni掺杂浓度的变化进行了系统地研究。计算结果显示,无论是在富镉,还是富硫条件下,计算得到不同Ni掺杂浓度的形成能都较小,说明CdS:Ni系统在实验上是可以实现的;Ni掺杂的CdS在价带顶附近出现杂质带,大大提高了材料的导电率。光学性质的计算结果显示,Ni掺杂后体系的光学性质有很大的改变,在吸收光谱上产生了新的吸收峰,并且随着掺杂浓度的增加,吸收范围增大。所有结果表明,CdS:Ni体系是极具潜力的透明导电材料。     

Sr-F共掺杂CeO_2紫外屏蔽性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)下的的第一性原理,通过Sr原子代替Ce原子、F原子替代O原子,建立同等条件下纯净的、Sr单掺杂、Sr-F共掺杂的2×2×1模型,并对其晶体结构进行优化,计算并分析了体系的几何结构、能带结构、态密度和紫外屏蔽特性。计算结果表明:掺杂导致晶格体系发生畸变,体积增大;引入了杂质能级,能带变密,禁带宽度增大;CeO_2紫外屏蔽增强,吸收谱线蓝移,紫外吸收阈值取决于O原子的2p轨道电子激发到Ce原子4f轨道空带。     

利用第一性原理研究Ge:Si电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论的平面渡超软赝势方法和广义梯度近似,计算了掺杂Ge前后单晶Si中Si-Ge键的布居值、键长以及能带结构和态密度.计算结果表明,Ge掺杂后体系晶格常数发生变化,Ge-Si键变长,布居值及带隙宽度减小.还进一步研究了掺杂Ge后的光学性质,掺杂后静态介电常数值与纯Si相比有所增大,且吸收带宽变窄、吸收带边明显红移,并对这些掺杂诱导的材料物性变化进行了解释.     

Zr掺杂CeO_2电子结构的密度泛函计算

根据密度泛函理论,采用"总体能量平面波"超软赝势方法,对不同的Zr掺杂浓度的CeO2晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了Zr掺杂CeO2晶体结构参数及性质;计算了Zr掺杂情况下CeO2晶体的总体能量、能带结构、总波态密度和分波态密度。研究表明,Zr3+取代Ce4+及Ce3+后晶体的稳定性增强,同时掺杂Zr使得晶格中自由载流子电子和O2p的波态密度的增加,使得晶格中Ce3+和Ce4+之间的变价可能性增大。     

Ga掺杂ZnO电子结构的密度泛函计算

根据密度泛函理论（DFT）,采用“总体能量-平面波”超软赝势方法,对不同的Ga掺杂浓度的ZnO晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了Ga掺杂ZnO晶体结构参数及性质,为ZnO材料的掺杂改性研究提供了理论依据。计算了Ga掺杂情况下ZnO晶体的总体能量、能带结构、总体态密度、分波态密度。分析了Ga掺杂对ZnO晶体电子结构和光学吸收带边的影响。     

S掺杂CeO_2的第一性原理计算

为了探究S杂质对CeO_2体系的影响机理,采用基于密度泛函理论的第一性原理,通过S原子代替O原子建立同等条件下不同浓度的CeO_(2-x)S_x模型,并对CeO_2的晶体结构进行优化,计算并分析体系的几何结构、能带结构、态密度和光学特性。结果表明:S掺杂后CeO_2的晶格常数发生改变;S掺杂使体系的导带和价带均向低能方向移动,随着掺杂浓度的增大,禁带宽度先减小后增大,并在禁带中引入3条杂质能级;CeO_2吸收边红移,并且随着掺杂浓度的增大,对可见光的吸收增强,对紫外光的吸收减弱。     

稀土NdB_6光电性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土NdB_6的电子能带结构、自旋极化态密度和光学性质进行了计算与分析,并在此基础上预测了其太阳辐射屏蔽性能。计算结果表明NdB_6属于金属导体材料,其费米面附件的能带主要由Nd4f和B2p层的态电子构成。利用计算的能带结构和态密度分析了NdB_6的介电函数、反射率和吸收谱及其薄膜透光性能,研究发现NdB_6可用于窗用太阳辐射屏蔽材料。     

Na掺杂对闪锌矿ZnS电子结构和光学性质的第一性原理浅析

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)框架下,研究了纯净闪锌矿ZnS-B3和Na掺杂ZnS后的晶体结构、电子结构和光学性质。详细分析了不同Na掺杂浓度对ZnS的晶格常数、电子态密度和能带结构的影响,讨论了费米能级附近的电子组态对ZnS光学性质的影响。结果表明,掺杂Na对ZnS光学性能有极大的影响,当Na离子掺杂浓度为6.25%(原子分数)时,表现出较好的综合光学性质;当掺杂浓度为12.5%(原子分数)时,体系有效负电荷离子浓度增加,S3p态穿过费米能面,引起S3p态电子产生跃迁,在低能量红外区域产生新介电峰,引起光吸收,降低了ZnS材料的透红外性能。理论预测结果与文献报道的实验结果相吻合。     

稀土NdB6光电性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土NdB_6的电子能带结构、自旋极化态密度和光学性质进行了计算与分析,并在此基础上预测了其太阳辐射屏蔽性能。计算结果表明NdB_6属于金属导体材料,其费米面附件的能带主要由Nd4f和B2p层的态电子构成。利用计算的能带结构和态密度分析了NdB_6的介电函数、反射率和吸收谱及其薄膜透光性能,研究发现NdB_6可用于窗用太阳辐射屏蔽材料。     

四面体掺杂尖晶石结构Co1-xRexCr2O4(Re=Li、Na、K、Rb)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法, 计算了CoCr₂O₄及Li、Na、K和Rb四面体掺杂CoCr₂O₄的基态结构、电子结构和光学性质。计算结果表明: 一价离子四面体掺杂都导致晶格有微小的畸变, 使体系的稳定性降低, Rb掺杂的体系最稳定; 电子态密度的计算结果表明: 掺杂体系的导带主要有Co-3d和Cr-3d轨道电子构成, 掺杂离子改变了CoCr₂O₄导带的电子结构, 主要引起了导带Co-3d态密度峰的下移, 随着掺杂浓度的增大, 费米能级进入价带更深; 光学性质计算表明: 掺杂体系的吸收光谱发生红移, 并在低能区有很强的吸收, 表明掺杂能极大地提高CoCr₂O₄对可见光的吸收和光催化效率。     

Si掺杂锐钛矿相TiO2的电子能带结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Si掺杂前、后锐钛矿相TiO2的电子能带结构、电子态密度以及吸收光谱进行计算。结果表明,Si掺杂导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度略增大0.048 eV;掺杂前锐钛矿相TiO2的价带和导带主要由O的2p和Ti的3d轨道构成,Si掺杂后其价带和导带主要由Si的3p、Ti的4s和Ti的3d轨道构成;Si掺杂可导致锐钛矿相TiO2的吸收边蓝移。     

La2O2S电子结构及光学性质的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理方法研究了La2O2S的电子结构及光学性质.能带结构分析表明:L2O2S是一种间接带隙的半导体材料,价带顶和导带底分别位于A点和K点.对带隙剪刀修正后,也通过第一原理方法研究了La2O2S的光学性质.计算并分析了La2O2S介电函数的虚部、实部以及由它们所派生的光学常数,即折射率、消光系数、反射率、吸收系数和透光率等.