Mg掺杂Cu2ZnSnS4的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对光伏材料Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)掺Mg进行了研究。通过建立Mg取代CZTS中Cu、Zn和Sn的点缺陷结构, 计算Mg掺杂缺陷的生成能及对CZTS电子结构的影响。计算结果表明掺Mg不引入深能级缺陷也不改变材料的禁带宽度; 并且富Sn条件更有利于Mg取代Cu形成施主缺陷, 使p型转变为n型。本研究可为CZTS太阳能电池掺Mg的应用研究提供理论基础。     

第一性原理计算在新型医用金属材料中的应用研究进展

医用金属材料以其优良的综合性能,在生物医用材料领域占有越来越重要的地位。第一性原理方法作为目前合金微观组织研究中应用最广泛的理论计算方法,不依赖任何经验参数,即可为合金化设计提供理论基础。本文首先介绍了第一性原理计算的理论及方法,然后详细综述了第一性原理计算在设计新型医用钛合金和可降解镁合金中的研究应用现状,最后指出了其在医用金属材料设计中存在的问题及应用方向。     

尖晶石锰酸锂的第一性原理计算

应用基于全势缀加平面波方法（Full LineAugmented Plane Wave，FLAPW）的第一性原理计算软件Wien2K，对尖晶石LiMn2O4和其理想脱锂终点Mn204化合物进行了研究。优化得到了二者及体心立方相Li的晶体结构，脱锂前后晶格参数以及O原予占位的变化规律和实验结果相一致；采用Rietveld方法计算了脱锂前后LixMn2O4的理论X射线衍射图谱，二者之间的变化规律，和采用同步X射线衍射对竞放电过程的尖晶石LiMn2O4结构进行分析得到结果相一致；理论预测了LiMn2O4的平均放电电压为4．05V，和实验结果相吻合。     

聚丙烯双环管反应器熔融指数机理建模

针对聚丙烯双环管反应器的工艺特点,提出了一种聚丙烯熔融指数软测量机理建模方法。该方法在单环管熔融指数预报模型的基础上,根据聚合物混合原理,建立了两种适用于双环管反应器的机理模型:指数模型和幂数模型,并采用带遗忘因子的递推最小二乘法(FFRLS)和粒子群算法(PSO)辨识模型参数,增强模型的适应性。最后,利用某装置实际生产数据进行模型验证,结果表明,所建模型的预报结果与实验室化验值吻合较好,能够在很大范围内跟踪反应器内熔融指数的变化。     

金属Al电子结构与热力学性质的第一性原理计算

针对金属Al的电子结构与热力学性质,采用基于密度泛函理论的第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了金属Al的平衡晶格常数、相关弹性系数、电子能带、态密度、声子谱、声子态密度以及相关热力学参数,并对计算结果进行了理论分析.结果表明,金属Al具有明显的导电特性与良好的塑性.金属Al具有3条声学支波色散曲线与一个声子态密度峰.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.热容量随着温度的增加而迅速增加,当温度达到500 K后,热容量几乎不变,所得结论与物理规律相符合.     

金属-石墨烯复合物吸附活化CO2的第一性原理

在光催化CO₂的反应体系中,CO₂的吸附活化是一个关键步骤;不同的活化方式和CO₂的活化态决定了其反应路线和最终产物．以金属-石墨烯体系为研究对象,采用密度泛函理论方法,结合局域密度近似(LDA)和PWC泛函,计算该体系在CO₂吸附前后的几何结构、能量、电荷分布和态密度等的变化．结果表明:电子从金属-石墨烯体系转移到CO₂,使CO₂带负电并活化;其中Cu-G体系对CO₂的活化效果最好,C—O键长分别增加6和14 pm,O—C—O键角减小为122°;金属原子簇和石墨烯的第一电离能和电子亲和势对电子的转移起决定性作用,金属原子簇电子亲和势比石墨烯第一电离能越大,电荷越易从石墨烯转移到金属原子簇．     

材料热力学性质的第一原理晶格振动计算研究

对计算固体物质晶格振动、研究材料的热力学性质的方法做了简要的探讨。以氧化锆为例．介绍了第一原理线性响应理论计算声子谱和声子态密度的方法．推导出热容、自由能、德拜温度等相关的热力学性质随温度的变化．并计算了氧化锆相变温度。结果表明通过这种方法无需任何实验数据完全从原子、电子层次出发进行材料热力学设计．为设计和研究全新材料体系提供了一个新的途径。     

Mg掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同浓度Mg掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学特性进行理论计算。结果表明,随着Mg掺杂浓度的增大,锐钛矿相TiO2的晶格膨胀程度越大,带隙宽度增大并且吸收边蓝移;不同掺杂浓度下Mg的3s和2p轨道对锐钛矿相TiO2的价带和导带组成贡献较小;在波长约为200⁵95、595595、595⁸00 nm的光区内,Mg掺杂锐钛矿相TiO2的光吸收能力分别减弱和增强。     

Al掺杂CeO2体系结构和电子性质的第一性原理研究

CeO2因具有较高的储氧/释氧能力、较强的氧化-还原性能,受到人们极大关注,并在工业催化领域其有重要应用.杂质对CeO2性能具有重要影响,用基于密度泛函理论的第一性原理方法和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,计算并分析了金属Al掺杂对CeO2原子结构、电子结构和化学特性的影响.在计算中,用DFT+U方法描述Ce 4f电子的强关联效应,用基于GGA的PAW势描述芯电子与价电子的相互作用.计算结果表明,Al掺杂降低还原能,使形成氧空位更容易,并从原子结构和电子结构等方面对掺杂降低还原能的机理进行了分析.