氧缺陷型金红石相TiO2-x(x=0~0.5)光电性能理论研究

采用密度泛函理论方法,研究氧缺陷型金红石相TiO_(2-x)(x=0～0.5)光催化剂晶体结构、能带结构以及光电行为。计算结果表明,金红石相TiO_2引入氧缺陷后,在带隙中间形成不同程度的缺陷能级,由Ti 3d和O 2p组成,大大降低了电子从价带跃迁到导带所需要的能量,使TiO_(2-x)的吸收边红移,增强了可见光响应,有利于提高可见光催化活性。随着氧缺陷浓度θ由1.39%升高到25%,TiO_(2-x)的带隙先减小后增大,当θ=6.25%时,禁带宽带减小至1.46 eV。综合紫外-可见吸收光谱结果,6.25%为最佳氧缺陷浓度,电子在晶体中迁移率大,对可见光的吸收强度大,有利于提高TiO_2的光催化性能。     

B掺杂SrTiO_3电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势法,对未掺杂、B替位Sr、B替位Ti、B替位O和B间隙掺杂SrTiO_3的晶格参数、Mulliken电荷布居、能带结构、态密度和光吸收系数进行计算。结果表明:B替位Sr和B替位Ti掺杂对SrTiO_3电子结构和光学性质的影响不显著;B替位O掺杂则在SrTiO_3的禁带中引入3条杂质能级,杂质能级上的电子可以吸收能量较小的光子跃迁至导带,光吸收强度从可见光长波段550nm开始逐渐增加,光谱吸收边红移;B以间隙原子的形式掺杂时,SrTiO_3的禁带宽度大幅增大,电子跃迁能增加,光谱吸收边蓝移。     

Effects of Oxygen Vacancy on the Electronic Structure of Cubic LaAlO3

采用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一性原理研究了立方相LaAlO3中不同价态氧空位的电子性质。结果表明,氧空位的存在会在立方相LaAlO3的禁带中引入缺陷能级,在氧缺失的条件下,氧空位在立方相LaAlO3中是稳定存在的。随着费米能级位置的改变,具有0价和+2价的氧空位分别为最稳定的电荷状态。LaAlO3中的氧空位具有负U性质,当空位进入到氧化物中时,氧空位会俘获2个空位,达到稳定状态。因此,在LaAlO3高k栅介质中,氧空位为主要俘获电荷的陷阱。     

氧空位对立方相LaAlO_3电子结构的影响（英文）

采用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一性原理研究了立方相LaAlO3中不同价态氧空位的电子性质。结果表明,氧空位的存在会在立方相LaAlO3的禁带中引入缺陷能级,在氧缺失的条件下,氧空位在立方相LaAlO3中是稳定存在的。随着费米能级位置的改变,具有0价和+2价的氧空位分别为最稳定的电荷状态。LaAlO3中的氧空位具有负U性质,当空位进入到氧化物中时,氧空位会俘获2个空位,达到稳定状态。因此,在LaAlO3高k栅介质中,氧空位为主要俘获电荷的陷阱。     

Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对未掺杂、Fe和S单掺杂及Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行计算,分析Fe、S单掺杂及Fe-S共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带、态密度和光吸收性质的影响。结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO2的吸收带边红移;与Fe和S单掺杂相比,Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的吸收带边红移程度更大。     

P掺杂4H-SiC超晶胞的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征以及P替位式掺杂,P间隙式掺杂4H-SiC的晶格常数、能带结构、态密度、载流子浓度和电导率。结果表明:P掺杂减小了4H-SiC的禁带宽度,其中P替位C原子掺杂的禁带宽度最小。替位式掺杂导致4H-SiC的费米能级进入导带,使其成为n型半导体,间隙式掺杂使4H-SiC的费米能级接近导带并在其禁带中引入杂质能级。替位式掺杂后,4H-SiC的自由电子主要存在于导带底,而间隙式掺杂4H-SiC中除了导带底外,禁带中的杂质能级也提供了自由电子,因此,电子浓度大幅度增加。掺杂4H-SiC的载流子迁移率主要由中性杂质对电子的散射决定,较本征态的大幅度降低。通过计算4种体系的电导率可知,P替位Si原子掺杂4H-SiC的电导率最大,导电性最好。     

N-Al共掺杂TiO_2电子结构及光学性质的理论研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究N和Al单掺杂和共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构、能带结构、态密度及光学性质。结果表明,掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长、晶胞体积都发生了不同程度的变化;单掺杂和共掺杂均使得禁带宽度减小,而且位于价带和导带之间的杂质能级能够捕获由价带跃迁至导带的电子,减少光生载流子的复合率,提高TiO2的光催化性能;与单掺杂相比,共掺杂能级分裂较明显,吸收光谱红移幅度更大。     

LaFeO_3复合氧化物的制备与红外辐射性能

采用溶胶-凝胶法制备钙钛矿型LaFe_(1-x-y)Mg_xNi_yO_3的化合物,并利用TG-DTA、XRD、SEM和XPS等对其进行分析和表征。结果表明:掺杂样品在0.2~2μm波段的红外发射率较未掺杂的LaFeO_3的红外发射率大幅度提高,其原因在于,掺杂离子取代铁离子进入LaFeO_3晶格中,为保持化合物电价平衡,部分Fe~(3+)转变为Fe~(4+),引入杂质能级,氧空位浓度增加,促进杂质能级吸收和氧空位吸收;掺杂引起的晶格畸变使得晶格振动吸收增强;此外,电子在Fe~(3+)和Fe~(4+)之间的极化跃迁,亦极大地提高掺杂铁酸镧的红外辐射性能。     

不掺杂TiO2陶瓷的缺陷化学与气孔形成机理

通过应用缺陷化学和材料检测手段对不掺杂TiO2陶瓷气孔形成的机理进行研究.以锐钛矿TiO2粉体为原料,采用传统电子陶瓷工艺制备了不掺杂TiO2陶瓷,应用SEM、EDS和XPS测试在1300、1350和1400℃烧结的不掺杂TiO2陶瓷样品的显微结构、化学组成和离子价态;根据不掺杂TiO2陶瓷晶粒的缺陷化学方程式和电中性条件,计算TiO2晶粒的缺陷浓度;基于点缺陷热力学方法,计算不掺杂TiO2陶瓷晶界的氧空位分布.结果表明随烧结温度的升高,颗粒间的气孔逐渐减小,而晶粒中的气孔则逐渐长大,这是由于氧空位浓度随温度的增加而增加引起的.不掺杂TiO2陶瓷的氧空位在晶界出现偏析行为,并随烧结温度的增加,晶粒中的氧空位浓度和晶界氧空位浓度均随之增加.不掺杂TiO2陶瓷中存在三价钛离子和晶界吸附氧,三价钛离子浓度和晶界吸附氧含量随烧结温度的增加而增加.不掺杂TiO2陶瓷晶粒和晶界中存在较多气孔,主要起源于高温烧结过程中晶格氧的挥发和氧空位在晶界的偏析.     

两步法制备镧掺杂氧化铈纳米粉体

采用共沉淀法合成镧掺杂氧化铈的前驱体,经高温煅烧后得到纳米镧掺杂氧化铈粉体,对所得产物进行了TG-DSC、XRD、FE-SEM、HR-TEM及XPS一系列表征.结果表明,两步法制备的镧掺杂氧化铈是由平均尺寸为2～8 nm的纳米晶粒组成的花状微米球.镧最大掺杂量可达70%,且产物仍能保持氧化铈的立方萤石结构.大比例镧掺杂可以在氧化铈晶体中产生大量的晶体缺陷及氧空位.     

Ti及氢化物几何与电子结构的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对hcp结构的Ti及Ti-H体系超原胞进行第一性原理计算,获得该体系结构的晶格常数、总体能量、能带结构、态密度以及Mulliken布居数等参数.结果表明:Ti晶胞中引入H原子后,晶体杂质形成能降低,晶胞体积发生膨胀,且随氢含量增加,晶胞晶格畸变程度越大,体积增加越明显;从能带结构、电子态密度分布及布居电荷变化可知,加入H后晶胞中储存H的八面体原子间大部分Ti-Ti键增强,费米面向低能方向移动,合金活性得到改善,发生转移的电子主要以TiP轨道电子为主.     

层状Bi2O2CO3可见光催化活性增强机理研究

本文基于第一性原理方法,研究Bi2O22+和CO32-交替层中氧缺陷生成对晶体结构、能带结构以及光学性质的影响,揭示氧缺陷提高Bi2O2CO3可见光催化活性作用机制。计算结果发现,氧缺陷的存在对Bi2O2CO3的晶胞参数和Bi-O键影响较小,但作为电子施主中心可以向周围原子提供电子,造成Bi2O2CO3电荷分布发生变化,有效减小能带间隙,促进Bi2O2CO3对可见光的吸收,且这种现象随着氧缺陷浓度的升高更加明显。值得注意的是,Bi2O22+层和CO32-层氧缺陷的作用不同。CO32-层中氧缺陷的形成导致费米能级附近出现缺陷能级,改变了电子的跃迁方式。相较于CO32-层,氧缺陷更容易存在于Bi2O22+层中,能够更佳有效地减小Bi2O2CO3的能带间隙,进一步促进Bi2O2CO3对可见光的吸收。随着Bi2O22+和CO32-层氧缺陷浓度增加,Bi2O22+层氧缺陷的作用愈明显,当浓度达到6.25%时,Bi2O2CO3在可见光区的响应显著增强,有利于提高Bi2O2CO3可见光催化活性。本文计算结果解释了实验上氧缺陷增强Bi2O2CO3光催化活性现象,并为今后合成其它含氧缺陷Bi基金属氧化物提供理论指导。     

空位缺陷对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究单层Mo S2中的空位缺陷形成及其对电子结构的影响,基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了单层Mo S2中Mo空位和S空位的形成能、空位附近的晶格畸变、Mo S2层中的电子分布以及态密度(DOS)和能带结构。计算结果显示,2种空位缺陷都具有点缺陷特征,其附近的电子分布呈现出明显的局域化特点,且S空位比Mo空位更容易形成。通过与本征态Mo S2电子结构的对比分析,发现2种空位缺陷的存在对单层Mo S2的电子结构、尤其是对导带高能量区域的能态密度会产生十分明显的影响,这些影响可能与空位缺陷引入的缺陷能级有关。     

Spectral properties of Ho:GdVO4 single crystal

Absorption and emission spectral properties of GdVO₄ single crystal doped with Ho³⁺ ions were investigated at room temperature. Polarized absorption cross section is calculated in the range of 400–2200 nm. Results were analyzed and parameters were calculated based on Judd-Ofelt theory, the emission spectrum shows that the emission intensity around the wavelength of 546 nm associated with transition ⁵S₂ → ⁵I₈ is much stronger than other bands in the observed range and potentially enable the green light output around this emission band in this crystal.     

高速电弧喷涂FeMnCr/ZrO2复合涂层组织和抗热震性能的研究

为了研究FeMnCr／ZrO2复合涂层的抗热震性能及失效机理,采用高速电弧喷涂技术在20#钢表面制备了FeMnCr／ZrO2复合涂层。利用光学显微镜（OM）、场发射扫描电子显微镜（FE—SEM）、能谱分析（EDS）等方法分析表征了复合涂层的微观组织和抗热震性能。试验结果表明：ZrO2陶瓷相以游离态团状形式存在于涂层中,游离态团状中ZrO2晶粒呈“马赛克”结构均匀分布;FeMnCr／ZrO2复合涂层热震过程中,涂层氧化起源于层间结合处,且沿着金属结晶相以“网状”形式向内扩展。热震破坏形式为涂层从基体上整体脱落,但是涂层表面无裂纹出现。     

Characterization of the polysilicon thin film transistors elaborated in high and low temperature processes. Study of the density of traps

The states density of traps (DOS) in the gap has been determined by a study of the temperature influence on the field-effect conductance of polycrystalline silicon thin film transistors fabricated in high and low temperature technologies. The effect on the DOS value of the granular structure, film thickness (between 50 and 150 nm) and technological process has been investigated. On the one hand, for thin film transistors (TFTs) fabricated in a high temperature process, we observed that, when the film thickness is greater than 50 nm, the DOS distribution has a ‘band tailing’ with an exponential shape. The slope increases when the thickness decreases. This indicates the enhancement of the disorder due to an important density of defects localized in the grain and or in the grain boundaries. Moreover, for thin films (t_f = 50 nm), the DOS curve shows a characteristic hump which proves the presence of dangling bonds. They are localized at 0.35 eV above the top of the valence band. On the other hand, the effect of the low temperature process produces particularities on the TFT DOS. The classical doped drain (CDD) exhibits a high density of states with a classical distribution (band tailing with an exponential shape). However, the lightly doped drain (LDD) TFT DOS shows a hump localized at 0.4 eV below the bottom of the conduction band. The difference observed on the DOS distributions is related to the in situ doping level of the polysilicon-deposited thin films.     

氧化锆（ZrO2）的热、化学性质与应用

重点分析了ZrO2的热性质、化学稳定性和其理论基础。ZrO2的导热系数极低,可用于热障涂层,介绍了热障涂层的结构和制备方法,说明了ZrO2作为热障涂层材料的优异特性。分析了ZrO2的表面能与表面酸性强度,表面酸位来源、固体超强酸的原理、性质、制备方法和应用领域。ZrO2的化学稳定性好,可作为催化剂材料基体,ZrO2基催化材料分类为纯ZrO2催化剂、负载型催化剂和复合型催化剂,列举了ZrO2基固体超强酸的反应方程式,ZrO2复合型催化剂具有更好的催化性能,论述了以CeO2-ZrO2固溶体作为三效催化剂的机理和进展。相关方法和原理可为ZrO2的热学性质研究提供系统的理论知识,将有助于理解和应用ZrO2的催化原理和表面性质。     

全d族Ni-Mn-Ti基Heusler合金制冷性能研究进展

总结了近年来国内外对Ni-Mn-Ti基全d族Heusler合金制冷性能的研究进展。介绍了该系列合金的晶体结构和原子占位,晶体结构为价电子数最少的Ti原子取代原主族元素的位置上形成L2₁或B2有序结构。改变处理工艺和掺杂元素对马氏体相变温度与居里温度有一定影响,可以借此手段将相变温度调节到室温附近以达到实际应用的目的。着重分析目前Ni-Mn-Ti基全d族Heusler合金的制冷手段及其原理,对未来该系列合金在制冷性能方面的发展进行了展望。     

通过氢还原热处理提升TiO2薄膜的抗菌性能

提升在可见光区间的抗菌效率一直是二氧化钛(TiO₂)抗菌性能研究的重要方向。采用脉冲激光沉积(PLD)制备TiO₂薄膜,并通过氢还原热处理的方法提升TiO₂表面的氧空位浓度从而增强其抗菌性能。结果发现,在以单晶氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为衬底时,生长的TiO₂薄膜为高度择优取向的锐钛矿相。生长温度越高,锐钛矿相的XRD衍射峰越强,薄膜越致密。将在600℃下生长的350 nm厚的TiO₂薄膜进行抗菌性能测试,发现其抗菌率约为86%。对样品进一步在4%H2氛围下进行还原处理,发现其抗菌率提升到约为97%。通过XPS、UV-Visible和PL测试,发现TiO₂经过还原热处理后在其表面形成更多的氧空位,在TiO₂带隙中形成氧空位缺陷能级,导致在可见光区域吸光性能增强,使其具有更高的抗菌性能。通过氢还原过程调控材料的缺陷组成,并研究TiO₂薄膜的光催化抗菌性能及抗菌机理。这种简易的调控TiO₂光吸...     

Thermal Conductivity and Mechanical Properties of as-Cast Mg-3Zn-(0.5~3.5)Sn Alloys

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对含氧空位单斜相HfO2的电子结构和光学性质进行了计算.计算结果表明,氧空位缺陷的存在使得HfO2带隙中出现了缺陷态,主要由最近邻Hf原子的5d态组成.随后,结合计算的电子态密度分析了氧空位对HfO2材料介电常数和吸收系数的影响.氧空位存在时,在380～220 nm的紫外波段内出现了较弱的吸收峰.