纳米BaTiO3的钾掺杂最佳含量的理论计算

本文介绍一个晶体结构和制备方法与最佳掺杂含量关系的理论表达式 ,对纳米BaTiO3的钾掺杂最佳含量作出理论计算 ,定量计算的结果与实验数据相符合。该理论也适用于其他电子薄膜材料的最佳掺杂含量问题     

CaO-SnO2气敏薄膜最佳掺杂含量的理论计算

本文介绍一个最佳掺杂含量表达式，应用此表达式定量计算了Ca-SnO2薄膜乙醇气敏元件材料的最佳掺杂含量，定量计算的结果与实验数据基本相符合。     

锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率

归纳总结了锑掺杂二气化锡(ATO)的导电机理,晶格的氧缺位、5价Sb杂质在SnO_2禁带形成施主能级并向导带提供n-型载流于是ATO导电的两种主要机理。从材料的电导率公式出发,定性分析了二氧化锡中掺杂锑的含量存在理论最佳值,根据已有模型计算证明了锑掺杂二氧化锡电导率存在理论上限。掺杂二氧化锡中锑的最佳理论含量为1.49％(质量分数),锑掺杂二氧化锡理论电导率最高为0.2×10~4(Ω·cm)~(-1),氧空位对ATO电导率的贡献为0.1392×10~4(n·cm)~(-1),大于掺杂电子对ATO电导率的贡献(0.061×10~4(Ω·cm)~(-1))。     

S-N掺杂聚乙二醇用于锂硫电池的第一性原理研究

锂硫电池中可溶性多硫化物的穿梭效应严重限制了其产业化进程。聚乙二醇(PEG)作为正极和隔膜涂层在一定程度上可缓解穿梭。本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了S掺杂PEG400、N掺杂PEG400和S-N共掺杂PEG400对多硫化物的吸附机理，计算了吸附能、吸附最短距离、电荷转移和范德瓦尔斯力所占比例等。结果表明，三种基底对锂多硫化物均存在化学吸附作用，以N掺杂PEG400效果最佳。     

Ag掺杂纳米二氧化钛的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ag掺杂纳米二氧化钛。采用SEM、XPS、XRD、UV-Vis对样品进行表征。结果表明,未掺杂的样品的粒径在80～100nm,Ag掺杂的样品的粒径在40～50nm;Ag元素成功进入晶格,含量为0.67%(原子分数);400℃热处理时,掺杂与未掺杂样品晶型基本相同,600℃热处理时,掺杂能够抑制样品晶型的转变;掺杂使二氧化钛的吸收带边发生了一定的红移。在此条件下Ag的最佳掺杂量为0.5%,最佳热处理温度为600℃。在最佳条件下,以甲基橙为模拟污染物,经过120min的光催化实验,降解率达到97.9%。     

激光晶体YAG中E_r~（3＋）离子最佳掺杂浓度

测试了２ａｔ．％Ｅｒ：ＹＡＧ晶体的吸收谱，荧光谱，４Ｉ１１／２、４Ｉ１３／２态荧光衰减曲线．由荧光衰减曲线拟合得到荧光寿命τ０和描述离子间的相互作用微参量ＣＤＡ，并将其代入作者推导得到的最佳掺杂浓度的近似式，计算出Ｅｒ３＋离子在ＹＡＧ晶体中的最佳掺杂浓度，并与实验结果进行了比较     

硼轻掺杂对a-Si∶H光电导层性能影响的研究

用等离子体增强化学气相沉积法制备了厚为1μm左右的B轻掺杂a-Si∶H光电导层，得到了a-Si∶H的暗电导率与淀积工艺参数和B掺杂比关系的实验曲线，利用该曲线确定了最佳工艺参数和最佳掺杂比。测量了最佳参数下淀积的a-Si∶H薄膜的电学和光学性能及其受掺杂比的影响。结果表明，当B掺杂比增大时，a-Si∶H的暗电导率先减小后增大，并可发生几个数量级的变化。光电导率减小，折射率略有降低，线性吸收系数显著增大，光学带隙减小。测量的数据表明，我们制备的B轻掺杂a-Si∶H光电导层满足投影机用液晶光阀的要求。     

掺杂SnS薄膜的制备及电学性能

硫化锡（SnS）具有很高的光吸收系数和合适的禁带宽度，又无毒性，因此在太阳电池等光电器件中具有潜在应用价值。本文用真空蒸发法制备掺杂的SnS薄膜，掺杂源有Sb、Sb：O3、Se、Te、In、In2O3、Se和In2O3的混合物。对各种掺杂SnS薄膜的厚度、电流-电压（Ⅰ—Ⅴ）特性等进行了表征，并计算了其电阻率和光电导与暗电导的比值（Gphoto／Gdark）。结果表明较有效的掺杂源是Sb，Sb掺杂的薄膜电阻率比纯薄膜的电阻率降低四个数量级，Gphoto／Gdark增加约一倍。同时，研究了Sb掺杂量对SnS薄膜电学性能的影响，表明Sb的最佳掺入量约为1．3wt％～1．5wt％。     

钛基Ru-La-Ti涂层阳极的电催化性能

利用热分解法制备了不同La含量的钛基Ru-La-Ti涂层阳极，并研究了所制备涂层的电催化性能。结果表明，在Ru-Ti涂层阳极中掺杂稀土元素La可以提高涂层阳极的电催化活性，且La的掺杂量存在一个最佳范围(La的摩尔分数O．2)。涂层阳极电催化活性提高的原因在于La的引入可以提高涂层的有效活性表面积。     

三乙氧基钇掺杂改性对聚苯乙烯光学及热性能的影响

研究了三乙氧基钇掺杂改性对聚苯乙烯光学和热性能的影响。结果表明，三乙氧基钇掺杂聚苯乙烯的透光性随着三乙氧基钇含量和提高而下降，热稳定性则随着三乙氧基钇含量的增加而提高。三乙氧基钇掺杂聚苯乙烯的荧光特性与聚苯乙烯相比，波长红移，强度增大。     

钕掺杂锐钛矿二氧化钛的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理平面波赝势方法（PWPP），使用Material studio4．3中的CASTEP软件对钕掺杂锐钛矿二氧化钛进行第一性原理计算，讨论了钕掺杂对锐钛矿晶体结构、能隙、态密度等的影响。结果显示，钕掺杂可以使晶体的禁带宽度减小，有效提高了锐钛矿二氧化钛的光催化活性。     

Fe0．875Mn0．125Si2的几何结构与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法，对掺Mn的β-Fesi2的几何结构和电子结构进行了计算。计算表明：（1）杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置，掺杂是调制材料电子结构的有效方式；（2）在β-FeSi2中掺入杂质时掺杂原子的置换位置具有择位性，Mn掺杂时倾向于置换FeI位的Fe原子；（3）能带结构计算表明：掺Mn使得β-FeSi2的费米面向价带移动，形成了P型半导体。     

镍间隙掺杂硅纳米线电子结构的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对[100]方向镍间隙掺杂硅纳米线结构的稳定性和电子性质进行了计算。计算结果表明Ni原子更喜欢占据硅纳米线内部六角形间隙位置;掺杂体系费米能级附近的电子态密度来源于Ni3d态电子的贡献;同时发现不同构型的Ni掺杂硅纳米线,其带隙不同,且与未掺杂硅纳米线相比,带隙普遍减小。     

电子和空穴掺杂CdO热电材料的第一性原理研究

采用密度泛函理论下的第一性原理计算方法结合波尔兹曼输运理论,讨论不同电子和空穴掺杂浓度对Cd O材料的电子结构及其热电输运特性的影响。通过能带结构以及态密度的计算,分析掺杂后Cd O的导带底和价带顶在费米能级附近的变化情况;在高温区电子和空穴掺杂Cd O的赛贝克系数的绝对值都是随温度的升高而升高。空穴掺杂后的载流子浓度比电子掺杂大,且空穴掺杂对Cd O赛贝克系数的提高比电子掺杂要多。     

Cu掺杂SnO2(110)面对CO气敏机理的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了有毒气体CO在本征和Cu掺杂SnO_2(110)面不同原子位的吸附,通过对吸附能的比较得出了最佳吸附位置及吸附结构。计算结果表明,本征SnO_2(110)面对CO的吸附很弱。而对于Cu掺杂SnO_2的(110)面,掺杂浓度选2.7%和5.4%两组,分别用Sn_(15)CuO_(24)和Sn_(14)Cu_2O_(24)表示。通过比较本征和不同Cu掺杂浓度下SnO_2(110)面上CO的吸附能和电荷布居,发现Cu掺杂可显著提高CO的吸附性能,其中Cu掺杂浓度为5.4%的Sn_(14)Cu_2O_(24)表面的吸附活性位点增加,吸附效果最好。     

Cr掺杂对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

当Cr掺杂ZnO的摩尔数为0.0313~0.0625的范围内,掺杂体系的最小光学带隙宽度和吸收光谱分布随Cr掺杂浓度的变化出现了两类相反的实验结果。为了解决本问题,采用密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波超软赝势方法,用PBE泛函的计算方案来描述电子间的交换关联能,对未掺杂ZnO和3种不同浓度Cr掺杂ZnO超胞模型进行了能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱的计算。结果表明,当Cr掺杂摩尔数为0.0313~0.0625的范围内,随着Cr掺杂量增加,掺杂体系的晶格常数和体积增大,总能量和形成能减小,结构更稳定,掺杂更容易,最小光学带隙宽度增大,吸收光谱显著蓝移。计算结果与实验结果相一致,并合理解释了存在的问题。这对制备Cr掺杂ZnO中实现短波长光学器件有一定的理论指导作用。     

可见光诱导型含硒离子源掺杂的纳米TiO_2的可控制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为钛源,分别以三乙醇胺和亚氨基二乙酸为水解抑制剂,合成了掺杂SeO2-3离子源不同含量的纳米TiO2,并在可见光范围内对孔雀石绿(MG)进行光催化活性评价。结果表明,SeO2-3离子源掺杂能够有效地提高纳米TiO2的光催化性能,并且确定了不同条件下合成的纳米TiO2的最佳掺杂含量和反应条件。对掺杂的TiO2进行了紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)、傅里叶变换红外(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)以及氮物理等温吸附(BET)等系列表征,揭示了催化剂的表面性能、电子结构、脱水性能、吸附性能、结晶程度、晶相结构等多方面协同作用是SeO2-3离子源掺杂的TiO2具有最高的光催化活性的原因,该研究可能为新型高性能光催化材料的发展提供理论基础与应用支撑。     

纳米掺杂SnO2的研究及其第一性原理的计算

利用Castap软件计算了Co以不同比例掺杂SnO2的电子结构，分析了掺杂及掺杂比例对改善SnO2导电性的作用，建立了纯SnO2计算模型。计算结果表明：纯SnO2是一种包含离子键的共价键直接禁带半导体；通过掺杂能够在一定程度上改变成键性质，使其具有金属键性质，从而提高SnO2导电性。其中，掺杂比率为5％的价带到中间能级宽度最小，掺杂原子与其邻近原子的电荷重叠区更明显，系统电子共有化程度最高，费米能级处对电子态密度的贡献也最大，因此掺杂比率为5％的导电性最好。     

溶胶-凝胶法制备Co掺杂ZnO纳米粉体的实验研究

采用溶胶．凝胶法制备了钴掺杂氧化锌纳米粉体，研究了反应物浓度、掺杂比例、退火温度对样品微结构的影响．XRD测试结果表明：所有样品均为六角纤锌矿结构，而且低浓度的反应物易于形成钴掺杂含量相对较高的固溶体．依据测试结果计算发现：钴的掺杂比＜5％时，由于杂质钴在氧化锌晶体中可能以间隙原子的形式存在，所以样品的晶格常数比未掺杂ZnO的晶格常数大；而钴的掺杂比〉5％时，由于离子半径小的CO^2＋替代Zn^2＋离子使得样品晶格常数变小。而且提高退火温度，可以增大晶粒尺寸，有利于样品呈现室温铁磁性.     

GaAs光电阴极p型掺杂浓度的理论优化

为了获得高量子效率的GaAs光电阴极,要求GaAs材料的电子扩散长度足够长,且电子表面逸出几率大,这对p型掺杂浓度提出了两个矛盾的要求,需要进行优化.本文建立了电子扩散长度与p型掺杂浓度的关系曲线,并计算了不同p型掺杂浓度下的电子表面逸出几率,在此基础上计算了不同阴极厚度的GaAs光电阴极的理论量子效率随掺杂浓度的变化曲线.计算结果表明,p型掺杂浓度在～6×1018cm-3时可获得最大量子效率,掺杂浓度对量子效率的限制随阴极厚度的增大而增大.