碳锗掺杂对硅纳米管电子结构和光电性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了C/Ge掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明, 本征态和C/Ge掺杂的硅纳米管均属于直接带隙半导体, 其价带顶主要由Si-3p态电子构成, 而导带底则主要由Si-3p态电子决定。通过C掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度减小, 静态介电常数增大, 吸收光谱产生红移; 而通过Ge掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度增大, 静态介电常数减小, 吸收光谱产生蓝移。研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

氧和硒掺杂对单层二硫化钼电子结构与光电性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了氧和硒掺杂对单层二硫化钼电子结构与光电性质的影响.结果表明,单层二硫化钼属于直接带隙半导体,其带隙宽度为1.64 eV.单层二硫化钼的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;同时通过氧和硒掺杂,使单层二硫化钼的禁带宽度变窄,光吸收特性增强,研究结果为二硫化钼在光电器件方面的应用提供了理论基础.     

Ti2GeC电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一原理的方法研究了Ti2GeC的电子结构和弹性性质.从电子结构中可以看出,Ti2GeC中存在着共价键、离子键和金属键3种键.在态密度和Mulliken布居分析中有赝能隙和电荷转移.还得到了体模量、杨氏模量、切变模量、泊松比和德拜温度等物理参数.各向异性参数表明了Ti2GeC在压缩和剪切上主要呈现出各向同性.     

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。     

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。     

CrSi2能带结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）赝势平面波方法，对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算，能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体，禁带宽度为0．353eV,其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定；计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等。经比较，计算结果与已有的实验数据符合较好。     

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。     

TiN_x电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用第一性原理计算了TiNx体系中不同N含量(x=0、0.5、0.6和1)所对应TiNx晶胞结构的电子结构和光学性质。计算结果表明,TiNx均具有典型的金属性,随着N含量的增加,TiNx金属性减弱;精确计算了TiNx(x=0、0.5、0.6和1)晶体的介电函数和反射率函数,得出的计算结果与现有的理论吻合得较好,该结果为TiNx材料在分子原子尺度上的进一步设计及其应用提供了理论依据。     

CdO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了CdO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了CdO材料电子结构与光学性质的内在关系.所有计算都是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdO材料的能量损失函数、介电函数、反射谱,理论结果与实验符合,通过电荷密度差分图分析了CdO材料的化学和电学特性,为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制该类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

Sb掺杂闪锌矿GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了不同浓度Sb掺杂闪锌矿GaAs体系GaAs1-xSbx(x=0,0.25,0.5,0.75,1)的电子结构和光学性质,包括能带、态密度、复介电函数和吸收系数。计算结果表明,Sb掺杂导致体系晶格常数线性增大,并使得体系导带和价带组成发生改变,禁带宽度呈二次多项式变化。随着掺杂浓度的增加,体系静态介电常数线性增大,吸收带边出现了明显的红移现象。分析了掺杂Sb诱发GaAs1-xSbx体系的电子和光学性质改变,为Sb掺杂闪锌矿GaAs在光电子学和微电子学方面的实际应用提供了一定的理论依据。     

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.     

Electronic Structure and Field-Emission Properties of Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes

Nitrogen-doped carbon nanotubes have been synthesized by thermal decomposition of acetonitrile vapor over Ni/Co catalysts with varied ratio of metals. X-ray photoelectron spectroscopy revealed that nitrogen atoms are embedded into tube walls in two different forms at least: (1) three-coordinated nitrogen and (2) pyridinic-like nitrogen. The ratio between these forms depends on the catalyst composition. Electronic structure of nitrogen-doped carbon nanotubes was examined by means of photoemission, X-ray photoelectron, X-ray emission and X-ray absorption spectroscopy. Field electron emission characteristics of samples produced were correlated with nitrogen content. The experimental data was interpreted using results of quantum-chemical semiempirical AM1 calculations on models of nitrogen-containing carbon tubes. Incorporation of three-coordinated nitrogen was found from calculation of the models using the transfer matrix approximation to improve the current-voltage characteristics of carbon nanotubes.     

以第一性原理研究CaCO_3的表面能与电子结构

采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3(10~10)和(0001)晶面的表面能、表面驰豫与电子结构。结果表明(0001)面因较高的表面能而更不稳定,易与其它物质反应且具有较快的生长速度。(10-10)晶面因表面能低而生长缓慢,容易暴露。弛豫后(10-10)表面的Ca、C原子向内收缩而O原子却略微向外扩张,CO2-3集团发生转动使结构更稳定。(0001)表面的Ca原子以及第二层的C、O原子均向内收缩并且原子弛豫程度比(10-10)面大。计算的DOS表明:与CaCO3体相约5.0eV的带隙相比,表面结构的带隙略微减少,而(0001)表面减少更多。虽然表面C原子与O原子由于强烈的DOS交叠形成典型的共价键,而Ca-O键则相对较弱,(0001)表面结构的C-O和Ca-O键相对更弱,且表面稳定性主要与O-p电子有关。电荷密度表明(0001)面内的C原子与周围3个O原子之间存在强烈的C-O共价键而组成三角形状的CO2-3集团,其键能远大于Ca-O键。(10-10)表面模型的CO和Ca-O键均比(0001)面强,并且表面的电荷密度也高于(0001)面,因而更稳定。     

第一原理计算Al_2Mg中间相的电子结构

对镁合金材料研发应用现状与发展趋势进行了论述,展望了镁合金研发应用的未来发展趋势。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,通过选用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)分别计算了Al2Mg晶体的几何与电子结构,分析了其电子态密度以及电荷密度分布,研究了Al2Mg晶体的电子结构和成键特性。     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

ZnO/TiO2纳米管晶膜电极的制备及光电性能

采用水热法制备了ZnO纳米棒,以ZnO纳米棒为原料制备出ZnO/TiO2纳米管晶膜电极并应用于染料敏化太阳能电池.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDX)和N2吸脱附分析等研究了样品的结构、表面形貌和化学组成,并通过紫外可见光度计和电化学工作站探讨了煅烧温度在80~600℃范围内ZnO/TiO2纳米管电极的光电化学性能.此外,研究经TiCl4化学处理的ZnO/TiO2纳米管电极光电性能的改善情况.结果表明,600℃煅烧的ZnO/TiO2纳米管电极制备的染料敏化太阳能电池表现出较优的光电性能,其短路电流密度(Jsc)为2.28 mA/cm2,开路电压(Voc)为0.631 V,光电转换效率η为0.66%.600℃煅烧的ZnO/TiO2纳米管经TiCl4处理后的染料敏化太阳能电池的光电性能得到显著改善,其光电转换效率η提高到1.06%.     

多壁碳纳米管-酞菁铜复合物的合成表征及光电性能

采用氯磺酸作为磺化试剂, 在多壁碳纳米管上接枝氯磺酰基, 之后通过乙二胺的胺解反应, 制备出胺基修饰的多壁碳纳米管MWCNT-NH2, 并进一步与氯磺酰基酞菁铜反应制备出MWCNT-Pc复合物. 产物采用红外光谱,紫外可见, 拉曼光谱, X射线光电子能谱, 循环伏安, 热重分析等进行了表征. 结果表明, MWCNT-NH2上磺酰胺基接枝在MWCNT表面, 而MWCNT-Pc上的酞菁基团是通过MWCNT-NH₂上的酰胺基团与Pc形成复合物, 碳纳米管上约38个碳原子结合一个磺酸基酞菁分子; 该MWCNT-Pc复合物的热稳定性较MWCNT-NH2低; 利用喷涂法构筑了ITO/MWCNT-Pc光电极, 光电性能的研究结果表明在AM1.5光照条件下, 光电压及光电流分别为0.434V和0.158mA/cm²; 在320nm处的IPCE达19.8%, 具有较优良的光电转化性能. 根据测得的MWCNT-Pc的能带结构, 推知MWCNT-Pc的光诱导电子转移过程是Pc端基发生光激发电子跃迁, 此后电子转移到MWCNTs上并进一步传递到ITO, 完成电荷分离.