高压下BeP2 晶体结构与物性的理论研究

将密度泛函理论第一性原理的计算方法与晶体结构预测CALYPSO软件相结合,在0～100 GPa下对BeP₂的结构进行预测,研究了其在高压下的结构与物性.预测结果表明:在常压下, α -BeP₂相为立方结构,其空间群为I41/amd, 该结果与实验所得结构一致.当压强为30.1 GPa时, α -BeP₂相发生结构相变,由α -BeP₂相转变为β -BeP₂相,其结构转变为四方结构,空间群为P4₃2₁2.当压强为35.4 GPa时, β -BeP₂相发生结构相变,由β -BeP₂相转变为γ -BeP₂相,其结构转变为正交结构,空间群为Imma.在相变过程中,晶体结构体积发生坍塌,坍塌率分别为7.1%和10.9%, 属于一级相变.电子性质计算表明:在0 GPa下, α -BeP₂结构的带隙为0.457 eV; 在30.1 GPa下, β -BeP₂结构的带隙为0.957 eV, 为窄带隙半导体; 在35.4 GPa下, γ -BeP₂结构在费米面处其导带与价带发生交叠,具有金属性.     

高压下BaN2晶体结构的物理性质

基于第一性原理的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法,在0～100 GPa压力下研究了BaN₂晶体的相变行为及其物理性质.研究发现:在常压下BaN₂晶体为α -BaN₂相结构,其空间群为C2/c; 压力为31 GPa时,晶体结构由α -BaN₂相转变为β -BaN₂相,其空间群为P2₁/c.计算α -BaN₂相和β -BaN₂相的能带结构显示, α -BaN₂相具有金属特征, β -BaN₂相具有半导体性质.计算Bader电荷转移显示,电荷从Ba原子向N原子转移,其中N原子是受主, Ba原子是施主.     

Mg(BH4)2高压下结构相变的第一性原理计算

基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了Mg(BH4)2在高压下的电子结构和密立根布居分析.结果表明,当压强为0.64 GPa时,常压相α-Mg(BH4)2发生结构相变,生成新相β-Mg(BH4)2,其空间群为I41/amd,并且该结构具有稳定的声子谱.电子结构的计算表明,当压力从0 GPa增加到0.64 GPa时,B-H原子间键长变化不明显,但是B原子的s和p电子态与H原子的s电子态的杂化增强,使得高压相β-Mg(BH4)2结构的BOPBSH大于常压相的值.这表明,高压相B和H原子之间具有更强的共价特征,H原子更难解离.     

具有方钠石笼型结构AlB3C3化合物的第一性原理研究

碱金属和碱土金属笼型化合物因其优异的电学和力学性质一直吸引着科研工作者的目光。本工作应用第一性原理计算,系统地探索了具有方钠石笼型结构AlB₃C₃化合物的晶体结构、电子性质和力学性质。计算结果表明：常压下AlB₃C₃ 的晶格常数为a = 4.731 ?,能带附近有能带穿过费米面显示其金属性,B-C笼型框架中B原子和C原子形成了很强的sp3杂化共价键。此外,AlB₃C₃ 化合物力学稳定,体弹模量B0为228 GPa。本工作拓展了人们对金属强共价键笼型硼碳化合物的认识。     

高压下立方形AgMgF3钙钛矿的力学、热力学和电子性质研究

采用密度泛函理论的超软赝势平面波方法，系统地研究了高压下AgMgF₃晶体的结构、力学、热力学和电子性质.研究表明，零温零压下AgMgF₃晶体的晶格常数、体弹模量均与文献值符合很好；不同压强下AgMgF₃晶体均表现出了良好的延展性，并随压强的增大而增大.根据立方形晶体力学稳定条件，预测出了立方形的AgMgF₃的相变点约为54.36 GPa.通过分析不同压强下立方形的AgMgF₃晶体的各项异性特性，发现其各项异性程度随着压强的增大而增大.利用准谐近似德拜模型，研究了AgMgF₃晶体热力学性质，包括体积、热容、热膨胀系数α、相对德拜温度与温度和压强的关系.同时，研究了不同压强下AgMgF₃晶体的电子态密度和能带结构，研究表明，AgMgF₃均保持为间接带隙半导体化合物，且带隙值整体呈现增大的趋势.相关研究为AgMgF₃晶体的进一步的实验及应用研究提供一定的理论指导.     

Al65Bi28Cu7偏晶合金的液-液相分离及凝固行为

利用电阻率法研究铜模冷却条件下Al₆₅Bi₂₈Cu₇偏晶合金的液-液相分离过程,并分析Al₆₅Bi₂₈Cu₇偏晶合金核壳结构的形成机理。研究结果表明,电阻率与温度关系曲线(ρ-T曲线)的异常变化证实了Al₆₅Bi₂₈Cu₇偏晶合金熔体的凝固先后经历了液-液相分离、偏晶反应和共晶反应,在偏晶反应温度以上ρ-T曲线出现的非线性变化主要来源于熔体内的浓度起伏。Al₆₅Bi₂₈Cu₇偏晶合金能够形成富Bi相包裹富Al相的核壳结构。     

桦木酮缩氨基硫脲铜、银、钯、镉金属配合物的合成、表征与生物活性研究

运用拼合原理,合成了4种桦木酮缩氨基硫脲配体及其铜、银、镉、钯金属配合物,通过核磁共振氢谱(¹H NMR)、红外光谱(IR)、元素分析、热重谱(TG)、飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)和元素分析对配体和配合物进行了结构表征.以最小抑菌浓度(MIC)评价了S.aureus 4220、S.mutans 3289、S.mutans 3065、E.coli 1924和E.coli 1356的抑菌活性.结果表明:Ag(L₄)₂Cl₂·2H₂O对S.aureus 4220、S.mutans 3065和E.coli 1924具有相对较好的抑制作用; Ag(L₁)₂NO₃·2MeOH、Cu(L₃)₂Cl₂·H₂O、Ag(L₃)₂Cl·3H₂O、Cd(L₃)₂Cl₂、Cu(L₄)₂Cl₂和Ag(L₄)₂Cl₂·2H₂O对Hela细胞有显著的抑制作用.     

基于非参数乘法回归模型的农业景观步甲空间分布模拟

农业生产引起的景观变化是导致生物多样性丧失的重要原因,为评估农业景观结构变化对物种多样性的影响,探索农业景观物种空间模拟的方法,研究应用非参数乘法回归(NPMR)模型结合田间步甲取样数据,分析了步甲群落多样性、主要物种存在/不存在与取样点周围边长为200 m景观内景观结构之间的关系,建立研究区物种-景观分布预测模型,结合地理信息系统(GIS)技术建立研究区群落/物种空间分布预测图。结果表明:在群落水平上,景观结构对步甲群落多样性的影响不显著; 在物种水平上,黄斑青步甲(Chlaenius micans)、淡鞘婪步甲(Harpalus pallidipennis)受斑块密度的影响显著(p<0.05),黄斑青步甲、后斑青步甲(Chlaenius posticalis)和单齿婪步甲(Harpalus simplicide)受半自然生境类型数的影响显著(p<0.05),单齿蝼步甲(Scarites terricola)受半自然生境比例的影响显著(p<0.05),而蠋步甲(Dolichus halensis)受景观结构的影响较为复杂。通过模型预测,输出研究区域6个主要物种的空间分布模拟图,进一步分析发现在研究区域内,对景观结构较为敏感的6个步甲物种主要分布在农田与半自然生境相接的狭长地带。因此,利用非参数乘法回归模型可以很好地模拟步甲物种对农田景观结构的响应及其在景观中的空间分布变化。200 m×200 m尺度下,尽管步甲群落多样性不受景观结构的显著影响,但是存在部分步甲物种对景观结构响应显著,但不同物种对景观结构的响应不同。增加农田地块间半自然生境,并合理改善景观配置异质性将有利于对景观结构变化敏感步甲物种的维持。     

钛酸锶铅陶瓷电阻开关效应研究

陶瓷样品的电阻开关特性报道较少见,本文采用传统的高温固相法制备出钛酸锶铅((Sr_0.9Pb_0.1)TiO₃)陶瓷,并对陶瓷样品的相结构、电性能、阻抗进行了测试表征.XRD图谱显示样品呈现纯的钙钛矿四方相晶体结构. 循环回路测试其I-V特性,当施加电压±60 V,陶瓷样品显示出良好的电阻开关效应.考虑到材料在制备过程中Pb挥发产生的氧空位,通过分析阻抗图谱,利用Arrhenius公式拟合计算出样品的活化能,进一步确定引起器件电阻开关特性的可能是氧空位机制.     

与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统性能研究

提出一种与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统,利用室内回风作为再生空气、热泵冷凝热预热再生空气和再生溶液、冷冻水预冷除湿前溶液.建立了与实验数据具有良好吻合度的系统整体数学模型,模拟研究了系统再生侧热泵冷凝热分配比φ、再生空气回风比R_hf以及除湿侧冷冻水入口温度t_w,in的变化对系统性能的影响. 结果表明,随着φ的增加,系统的再生能力、除湿能力与性能系数均会下降. 随着R_hf增加,系统的除湿量和系统性能系数分别上升了30.95%和20.07%. 当t_w,in升高时,再生侧的调节能抑制系统除湿能力的进一步下降. 研究结果为溶液除湿空调系统的优化提供思路.     

中国及境外天山铅锌成矿作用与找矿方向

中国及境外天山铅锌矿床多有发现,如哈萨克斯坦Tekeli、Shalkiya和Achisai,乌兹别克斯坦Kurgashinkan和Uchkulach,塔吉克斯坦Altyntopkan,中国新疆乌拉根、彩霞山、阿齐山、阿尔恰勒等大型—超大型铅锌矿床,构成了天山巨型铅锌成矿带。这些铅锌矿床形成于怎样的地球动力学背景?铅锌成矿的基本地质特征是什么?有哪些重要成矿类型?受何要素控制?未来找矿突破方向在哪里?这些都是颇受关注的地质找矿问题。在广泛矿产地质调查和综合分析前人研究成果的基础上,将中国及境外天山作为整体,综述了天山造山带构造演化和重要铅锌成矿环境、典型矿床特征与成矿系统/成矿类型,总结了天山地区铅锌成矿演化过程,并分析了区域铅锌成矿特点与找矿突破方向。结果表明:天山造山带经历了前寒武纪古陆形成、洋-陆俯冲增生、陆-陆碰撞造山和陆内成盆4个地球动力学过程,先后出现了元古宙古陆边缘裂陷盆地、古生代洋-陆俯冲增生岛弧、晚古生代陆-陆碰撞造山与中—新生代山前/山间盆地4类重要铅锌成矿环境。在元古宙古陆边缘裂陷盆地环境,主要受同生断层、还原性细碎屑岩-碳酸盐岩建造等控制,形成了古陆边缘裂陷盆地铅锌成矿系统与SEDEX型铅锌矿床; 在古生代洋-陆俯冲增生岛弧环境,主要受弧岩浆活动、断裂构造、地层等控制,形成了增生岛弧铅锌成矿系统与矽卡岩型、斑岩型、岩浆热液脉型、VMS型铅锌矿床; 在晚古生代陆-陆碰撞造山环境,主要受被动陆缘海相碳酸盐岩、张性开放空间、逆冲推覆构造等控制,形成了碰撞造山铅锌成矿系统与MVT型铅锌矿床; 在中—新生代山前/山间盆地环境,主要受盆地三元结构、油气运移与红层“漂白”、硫酸盐岩等控制,形成了山前/山间盆地铅锌成矿系统与砂岩型铅锌矿床。由此可见,天山地区存在多种铅锌成矿环境和不同铅锌成矿系统与成矿类型,其铅锌成矿表现出长时间、多期次、多类型叠合成矿和一定继承性的演化特点。尽管沉积岩容矿铅锌矿床(包括SEDEX型、MVT型和砂岩型)在全球铅锌矿产资源中占据主导地位,而在天山地区增生岛弧铅锌成矿系统则占有更为重要的地位,特别是北天山岛弧带,哈萨克斯坦—伊犁板块南、北缘和中天山地块应该给予高度重视。与此同时,哈萨克斯坦—伊犁板块北缘与东天山中天山地块元古界SEDEX型铅锌找矿、境外中天山地块北缘与南天山造山带古生代被动陆缘碳酸盐岩地层MVT型铅锌找矿、新疆西南天山山前/山间盆地砂岩型铅锌找矿前景良好,也仍值得持续关注。     

GaAs在高压下的金属相变

为探究GaAs的晶体结构随压力的变化,在高压下对GaAs进行了原位电阻率测量,结果显示GaAs在12.0 GPa左右发生zb相到Cmcm相的相变.为探究Cmcm相的状态类别,在高压下对GaAs的变温电阻率进行了测量,结果显示GaAs的Cmcm相为金属相.在6.0 GPa和20.0 GPa下分别对GaAs进行了第一性原理计算,结果显示Cmcm相的能带可穿过费米能级,该结果进一步证实了GaAs能够发生金属相变.     

Li6(La2Ca)Nb2O12基质中掺杂Dy3+离子的发光性质研究

采用高温固相法制备了Li₆(La₂Ca)Nb₂O₁₂:Dy³⁺荧光粉样品,通过X射线衍射分析了样品的晶体结构,并利用光谱技术研究了样品的光致荧光光谱.光谱分析结果表明,Li₆(La₂Ca)Nb₂O₁₂:Dy³⁺的激发光谱由两部分组成:一是位于200～290 nm的一个宽带,峰值位于269 nm,属于Nb—O、Dy—O的电荷迁移带的叠加; 二是位于310～500 nm之间的系列尖锐的吸收峰,这些激发峰属于Dy³⁺的f →f跃迁.样品可被近紫外或蓝光LED有效激发.在269 nm激发下,样品在580 nm处有很强的黄光发射,色坐标为(0.470 3,0.492 7).随着Dy³⁺掺杂浓度的增加,样品的发光强度增强,当Dy³⁺浓度为10 mol%时出现浓度猝灭.     

Ce3+共掺杂BaZn1.06Al9.94O17: Tb3+荧光粉的发光性质及其能量传递机

采用高温固相法合成了BaZn_1.06Al_9.94O₁₇:Tb³⁺,Ce³⁺荧光粉,并对其发光性能和能量传递机理进行了研究.研究结果表明:由于Tb³⁺离子的4f⁸ → 4f⁷5d¹跃迁,使得BaZn_1.06Al_9.94O₁₇:Tb³⁺的激发带中心位于230 nm处.共掺杂Ce³⁺离子后,BaZn_1.06Al_9.94O₁₇:Tb³⁺的激发光谱出现了明显的红移,在240～320 nm范围内的宽带激发归因于Ce³⁺离子的4f → 5d跃迁.由于Ce³⁺与Tb³⁺离子发生了能量传递,使得BaZn_1.06Al_9.94O₁₇:Tb³⁺,Ce³⁺中Tb³⁺离子的⁵D₄ → ⁷F_J(J=6、5、4和3)发射峰的发光强度比未掺杂Ce³⁺离子时提高了约15倍.因此,制备的BaZn_1.06Al_9.94O₁₇:Tb³⁺,Ce³⁺荧光粉可望在照明、显示器件等应用中具有良好的应用价值.     

第一性原理研究Mn重掺杂对β-Ga2O3的电子结构和光学性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Mn重掺杂对β-Ga2O3物理性能的影响。建立了β-Ga2O3模型,用Mn原子部分替代Ga原子构建Ga2-xMnxO3的超胞模型,实现对β-Ga2O3的掺杂,分别对x等于0.0625、0.125和0.25的模型进行了几何结构优化,获得稳定的晶格结构和晶胞参数,并对它们的能带结构、态密度和光学性能等进行分析。计算结果表明：Mn掺杂后,禁带宽度减小,费米能级上移进入导带,增大了载流子浓度,提高了体系的电导率;介电函数的虚部有明显的变化;β-Ga2O3在400-700nm的范围内,吸收系数和反射率均有不同程度的降低,与未掺杂的β-Ga2O3相比,能量损失谱的峰值发生了红移。     

ZnS和MgS的高压相变和弹性性质

为了进一步研究ZnS和MgS晶体在高压下的B1和B3结构的晶体结构和弹性性质,利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论并通过GGA近似,计算得到了高压下ZnS和MgS晶体B3到B1结构相变的相变压强和高压下的弹性系数（C11,C12,C44,B）,结果发现两者相变压强是11.87和0.78GPa,两者在不同结构的弹性系数（C11,C12,C44）与压强变化具有相同的趋势：C11>C12>C44;同时计算得到了两种物质在基态的结构常数,并将其与其他实验和理论计算的结果对比,发现符合得甚好.     

SnO2 - CdO复合薄膜的制备及其光电性能研究

使用射频磁控溅射技术,以原子百分比为4:1和1:4的SnO₂和CdO制备了SnO₂- CdO复合薄膜.XRD分析表明, SnO₂- CdO(4:1)复合薄膜为SnO₂(310)和Cd₂SnO₄(011)的混合相多晶结构,且结晶性能良好.随着氧流量的增加,薄膜的择优生长方向由SnO₂(310)转变为Cd₂SnO₄(011).薄膜在可见光和近红外光范围内的最高透过率达到95%和91%, 最高平均透过率达到87%和85%, 光学带隙在3.80～3.90 eV范围内变化.电阻率随着薄氧流量的增加而下降,最低为0.133 Ω·cm.薄膜的厚度约为330 nm, 其表面由大量分布均匀的球形颗粒组成.原子百分比为4:1的SnO₂- CdO复合薄膜的光电性能优于原子百分比为1:4的SnO₂- CdO复合薄膜.     

六方相/单斜相WO3“异相结”的可控合成及光催化性能

利用沉淀法合成了球形六方相氧化钨(h?WO₃),通过调控六方相向单斜相的相变,可控制备了六方/单斜WO₃(h/m?WO₃)“异相结”催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面积(BET)等对WO₃催化剂的晶相结构及组成、粒子大小和比表面积进行了表征。光催化分解水产氧的实验结果表明,相较于纯六方相WO₃,具有合适晶相组成的h/m?WO₃展现了显著的光催化性能。结合六方相和单斜相的能带位置,表面光电压表征结果发现,h/m?WO₃“异相结”的形成显著促进了催化剂表面光生电子和空穴的高效分离,进而提高了催化剂的光催化活性。