基于第一性原理计算方法的氮化铟量子点发光二极管电子结构和发光机制分析

阐述通过对氮化铟量子点发光二极管的能带结构、电子态密度和能带间隙等参数分析,揭示器件中电子和空穴的分布情况,以及发光行为的原理。氮化铟量子点发光二极管具有优良的发光性能。     

新型光伏材料Ag2ZnGeS(Se)4的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理对新型光伏 材料Ag₂ZnGeS(Se)₄(AZGS(Se))的结 构稳定性、电子结构、和光学性质进行了研究。计算结果表明该类型化合物与Cu₂ZnSnS(S e)₄(CZTS(Se))一样具有锌黄锡矿的晶格结构;通过计算弹性常数和声子谱发现AZGS(Se) 的结 构稳定性也与CZTS(Se)相近。杂化泛函计算表明AZGS(Se)为直接带隙半导体;通过改变S和S e原子的比例,其禁带宽度可在1.27 eV 的较宽范围内调节。进一步计算光学性质,得 到AZGS(Se)的光吸收系数具有10⁴量级。计算结果表明AZGS(Se)符合太阳电池光吸收层的 需求。     

奥氏体不锈钢中MnS/γ界面的透射电子显微学与第一性原理计算研究

利用透射电子显微镜研究了316F奥氏体不锈钢中MnS夹杂相与钢基体(简称为γ)的界面,得出MnS与γ之间的一种取向关系为(013)Mns//(111)γ,[100]Mns//[01(-1)]γ.利用第一性原理计算解析了这种界面的原子结构,发现当Fe原子落在MnS的[100]方向上Mn-S键的中间时,界面结构最稳定,其界面能为0.373 J·m-2.计算结果还表明当MnS与γ形成半共格界面时,MnS会产生应变以匹配γ的晶格参数.     

Mo掺杂SnO2光电特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,研究了不同掺杂浓度下钼(Mo)掺杂SnO₂的能带结构、电导率、吸收和反射率。建立了MoxSn1-xO₂的三种掺杂模型(x=0.0625,0.125,0.1875),掺杂体系具有高电导率、高载流子密度和宽带隙的n型金属特征。随着掺杂浓度的增加,掺杂体系的带隙增加,电导率降低。Mo掺杂后,可见光区域的高透射性得以保留。特别地,在x=0.0625时实现了Mo掺杂SnO₂的最佳电导率和光学性能。     

基于第一性原理的锰掺杂二维二硫族化物的电磁学特性研究

二维材料和自旋电子学已经成为当今电子学的研究热点之一。文中基于第一性原理计算方法,对Mn掺杂的单层MoS_2,MoSe_2,MoTe_2和单层WS_2的电磁学特性进行研究。结合态密度和自旋电荷密度的分析,发现由于局域Mn自旋和硫族原子的离域p自旋之间的反铁磁交换作用,Mn分别替位掺杂在Mo和W位置上会产生长程铁磁序。同时对其他过渡金属掺杂的二维硫化物的磁序进行了研究,发现过渡金属替位掺杂只存在铁磁交换作用,且无法产生长程的铁磁序。文中的研究成果预示了锰掺杂二维二硫族化物作为二维稀磁半导体的潜力,可以为相关研究提供理论支撑。     

金属原子吸附对GaN（0001）表面光学性能的调制

基于第一性原理计算，研究了实验中常用的金属（Ni、Ru和Au）等三种原子对GaN（0001）表面光学性质的调控。结果表明，电子从吸附原子中转移到GaN（0001）表面，Ni和Ru的吸附降低了GaN（0001）表面的功函数。在GaN（0001）表面的带隙中引入了杂质能级，使载流子跃迁的势垒高度降低，进而调节其光学性 。可以看到在低光子能量区所有光学曲线的主峰红移，而在高光子能量区所有光学曲线都出现收缩现象，所有光学曲线上特征峰的数量和位置都发生了明显的变化。此外，吸附金属原子后，GaN（0001）表面对可见光甚至红外光的吸收增强了，适用于较长波光的探测。     

基于第一性原理的铁/铬掺杂单层MoS2电磁特性研究

文中利用第一原理计算,发现Cr/Feδ型掺杂是一种调节单层MoS₂的电磁特性的有效方法。区别于铁磁半金属,Feδ型掺杂MoS₂、Cr和Fe交替δ型共掺杂MoS₂呈现半金属亚铁磁性。Cr和Fe的3d轨道与其最近邻S的p态强耦合,其之间的虚拟跃迁遵循GKA规则。因此,Cr和Fe之间的反铁磁超交换相互作用产生了系统的亚铁磁性质。结果表明,单层MoS₂中的三维δ型掺杂提供了一种产生一维自旋极化传输通道的有效途径。     

CNT/α-MnO_2复合正极对锂空气电池性能的影响研究

作为锂空气电池的关键组成部分之一,正极材料性质对锂空气电池的性能起到重要影响。以CNT为碳载体,以α-MnO_2为催化剂,制备CNT/α-MnO_2复合电极作为电池正极。通过恒流定容充放电测试、深度充放电测试、循环伏安测试、电化学阻抗谱测试和扫描电镜测试,研究CNT/α-MnO_2复合正极材料对锂空气电池性能的影响,并获得最优电极材料配比。研究表明:制备的CNT/α-MnO_2复合电极表现出高循环稳定性和高催化活性,显著提升了锂空气电池的性能;当正极材料中CNT与α-MnO_2的质量比为3∶6时,装备CNT/α-MnO_2复合正极的锂空气电池表现出最佳性能,其循环次数高达170次。     

碳修饰的HMCS@ReS2的合成及其储钠性能研究

二硫化铼(ReS₂)作为过渡金属二硫化物的一员,由于极弱的层间范德华相互作用、较弱的层间耦合能量和较大的层间距,在钠离子电池领域有着良好的应用前景。但是ReS₂自身较低的本征电导率和充放电过程中较大的体积膨胀严重限制了其电化学储钠能力。在空心介孔碳球(HMCS)上原位生长ReS₂纳米片(HMCS@ReS₂),将HMCS@ReS₂复合材料作为高性能钠离子电池负极。碳基材料的复合弥补了ReS₂电导率不足的缺陷,促进了电子的快速转移;空心介孔碳球为ReS₂的体积变化提供了足够的缓冲空间,维持了电极材料的结构稳定性。HMCS@ReS₂作为钠离子电池负极材料时有着优异的倍率性能和循环性能。结果表明,HMCS@ReS₂电极在0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 A·g^-1的电流密度下分别表现出388.5,343.4,305.3,262.4,180.1 mAh·g^-1     

ZrX3(X=Os,Ir, Pt,Hg)金属间化合物的力学性质与电子结构第一性原理研究

采用QUANTUM ESPRESSO和ElaStic软件包计算了ZrX₃(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的力学性质和电子结构,包括四种金属间化合物的弹性常数(C₁₁、C₁₂和C₄₄)、体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)、维氏硬度(H_V)、各向异性指数(A^U)、横向声速(v_t)、纵向声速(v_l)、平均声速(v_m)和德拜温度(Θ_D)。力学稳定性判据表明,ZrX₃(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的机械性能稳定。计算各向异性指数的结果表明,ZrX₃(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的各向异性指数分别为0.53,0.48,0.23和0.30。从Pugh标准来看,ZrX₃(X=Os, Pt, Hg)三种金属间化合物具有韧性,而ZrIr_3<...     

(111)应变对立方相Ca2P0.25Si0.750.75能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理贋势平面波方法对(111)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算,全面分析了应变对其能带结构、光学性质的影响。计算结果表明：在-8%~0%压应变范围内,随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动,价带向高能方向移动,带隙逐渐减小,但始终为直接带隙;在0%~2%张应变范围内,随着应变的增加,带隙逐渐增大,应变为2%时直接带隙达到最大Eg=0.60441eV;当张应变为4%时,Ca2P0.25Si0.75变为间接带隙半导体。Ca2P0.25Si0.75的介电常数和折射率随着张应变的增加而增加;施加-2%~0%压应变时,介电常数和折射率逐渐减小,到达-2%时达到最小值,此后随着压应变的增加介电常数和折射率逐渐增大。施加压应变时吸收谱和反射谱随着应变的增大而减小,施加张应变时吸收谱和反射谱随着应变的增大而增大。应变可以改变立方相Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节其光电传输性能的有效手段。     

基于 InSe/MoTe2 异质结构的超灵敏宽光谱光电探测器

基于光栅效应的二维材料垂直结构可实现高灵敏度和宽光谱光探测器。本文报告了一种基于硒化铟（InSe）/二碲化钼（MoTe₂）垂直异质结构的高灵敏度光电探测器,该探测器在 365~965 nm 波长范围内具有出色的宽光谱探测能力。顶层的InSe用作调节沟道电流的光栅层,MoTe₂ 则用作传输层。通过结合两种材料的优势,该光电探测器的响应时间为 21.6 ms,比探测率在365 nm光照下可以达到1.05×10¹³ Jones,在965nm光照下也可达到10⁹ Jones数量级。外量子效率可达 1.03×10⁵%,显示出强大的光电转换能力。     

O2分压和退火对TiO2/SiO2纳米多层膜结构和光学性能的影响

利用Mass软件设计了TiO2/SiO2纳米多层光学增透膜膜系,并采用高真空电子束蒸发系统在不同O2分压条件下制备了TiO2/SiO2纳米多层膜,TiO2/SiO2薄膜多层膜体系在沉积条件下获得了很好的宽光谱光学透射性能,在可见光谱范围内透射率接近设计值,平均透射率达到90%以上。通过一系列测试方法对多层膜退火前后的透射率、组分结构和退火以后的残余应力以及表面形貌进行了研究。实验结果表明:在较高O2分压条件下,由于多层膜结构中O空位的减少,使得多层膜透射率逐渐增加。在退火条件下,随着退火温度的增加,导致了表面均方根粗糙度(RMS)的增加以及晶粒的聚集长大,500℃时多层膜组分结晶化明显加强,使得缺陷增多;同时受退火温度的影响,残余应力逐渐增加,组分相互扩散加剧使得多层膜界面受到破坏。这些因素最终导致TiO2/SiO2多层膜的透射率逐渐降低。     

氧化石墨烯添加量对Bi2S3/rGO复合材料储锂性能的影响探究

本文采用简单超声法成功制备了硫化铋纳米颗粒与石墨烯(Bi₂S₃/rGO)复合材料,并探究前驱体氧化石墨烯(GO)添加量对Bi₂S₃/rGO复合材料储锂性能影响。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等测试技术对其微观形貌、元素分布及物相结构进行表征,并利用电化学工作站和电池测试系统对其电化学性能进行测试。结果表明,添加20 mg GO制备出的复合材料,Bi₂S₃纳米颗粒在石墨烯片层中分布均匀,周围无散落,作为锂离子电池负极材料比容量较高,循环与倍率稳定性较优。     

Zn2＋,Ba2＋,Mg2＋对CaMoO4:Eu红色荧光粉发光性能的影响

采用高温固相法,制备了系列Eu³⁺激活的掺 杂Zn²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺离子的钼酸盐 红色荧光粉,并通过测试荧光粉的发射光谱、激发光谱和X射线衍射(XRD)谱等,对荧光粉 的物相结构 、发光性能进行了分析。 实验结果表明:荧光粉可以被近紫外(395nm)和蓝光(465nm) 有效激发,发射峰值位于616nm(Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂跃迁)波长的红光,395nm和465nm的激发 波长与 目前广泛使用的近紫外和蓝光LED芯片相匹配,适用于LED的制造;掺杂Zn²⁺、Mg 2+和Ba²⁺的 Ca0.88－xRxMoO₄:0.08Eu ³⁺红色荧光粉的发光强度均得到提高,且最佳掺杂浓度分别为15%和5%。在最佳浓度下,3种荧光粉的 发光强度大小为Ca0.73Zn0.15Mo O₄:0.08Eu³⁺ > Ca0.78Mg0.10MoO₄:0.08Eu³⁺> Ca0.83Ba 0.05MoO₄:0.08Eu³⁺。色坐标分析结果表明 :所制备的 荧光粉的色坐标达到了国家标准,比商用的Y₂O₃:Eu³⁺红色荧光材料更接近于标 准红色色坐标。     

不同电解质对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/AC超级电容器性能的影响

在以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为正极,活性炭(AC)为负极的混合型锂离子超级电容器体系中,研究以LiBF4和Et4NBF4的不同配比混合为溶质的乙腈(Acetonitrile,AN)电解液对超级电容器性能的影响。结果表明,随着电解液中Et4NBF4与LiBF4的比值的增大,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/AC体系超级电容器的线性放电区间逐渐变窄,循环性能逐渐变差。其中采用1 mol/L的LiBF4/AN为电解液的超级电容器的综合性能较好,其线性放电区间为0~2.7 V,倍率性能也较好,最大比功率达到23 600 W/kg,经3 000次循环后容量保持率为93.2%。     

基于分等级中空微球结构Co3O4/WO3复合材料的制备及对H2S的气敏性能

通过简单的水热法合成了由纳米颗粒自组装而成的分等级中空微球结构WO₃和Co₃O₄/WO₃材料,整个实验过程中不添加任何的表面活性剂和模板剂,符合绿色化学发展理念。对样品的形貌、结构、化学成分和气敏性能进行了表征。结果表明,Co₃O₄/WO₃复合材料成功构筑p-n异质结并呈中空微球结构。在气敏性能测试中,Co₃O₄/WO₃复合材料传感器在最佳工作温度50℃下对体积分数为1×10^-5的H₂S气体的响应值为42.1,约为WO₃传感器的3.37倍,响应时间仅为8 s。本实验还进行了1×10^-8～5×10^-5不同体积分数的H₂S气体连续循环检测,检测下限低至1×10^-8。同时,所制备的传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性。此外...     

插层Al2O3对氧化铪基忆阻器的性能优化及多值特性研究

近年来,氧化铪基忆阻器因其优异的阻变性能及与CMOS工艺兼容等特点而被广泛研究。然而,氧化铪基忆阻器仍存在以下问题:1) 器件良率、可靠性、均一性不足;2) Set和Reset 过程中电流突变,导致多值特性较差。为实现氧化铪基忆阻器的性能优化及多值特性,文章在HfO₂表面生长一层1~5 nm Al₂O₃,构造Al₂O₃/HfO₂双介质层忆阻器,并对HfO₂和Al₂O₃的厚度进行优化,最终得到性能显著提升的Al₂O₃/HfO₂双介质层多值忆阻器。该器件呈现出保持性良好的10个不同电阻态(1×10⁴ s@85℃)。由于氧离子在Al₂O₃层的迁移率更低,限制了氧空位细丝生长速率及宽度,且Al₂O₃具有热增强作用,使氧空位分布更均匀,促使氧空位细丝生成/断裂过程由突变转为渐变。该工作为进一步实现氧化铪基忆阻器的性能优化及多值特性提供了参考。