Na:O共掺杂AlN晶体的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理全势线性缀加平面波法,分别研究了Al N在Na单掺杂和Na:O共掺杂情况下的晶格结构、电子态密度及能带结构。计算结果表明:Na单掺杂Al N和Na:O共掺杂Al N均为直接带隙半导体材料,且表现出p型掺杂特性;相比于本征Al N晶体,两者的晶格结构均膨胀,而Na:O共掺杂相对Na单掺杂Al N晶格膨胀较小;Na单掺杂Al N的价带顶态密度具有较强的局域化特性,不利于掺杂浓度的提高;与Na单掺杂Al N相反,Na:O共掺杂Al N的价带顶态密度局域化特性明显减弱,受主能级变浅,有利于Al N的p型掺杂。     

镨掺杂铁酸铋粉晶的结构和磁性研究

Pr掺杂的BiFeO3粉晶是由溶胶凝胶方法制备的,掺杂浓度为0≤x≤0.5.分别用X光衍射和综合物性测量系统对Bi1-x Prx FeO3粉晶样品的结构和磁性进行了测量和分析。分析结果表明,Pr掺杂与其他稀土元素掺杂明显不同.随着Pr掺杂量的增加,母体BiFeO3的结构由菱形R3c相变为正交Pnma相的过程中,出现了稳定的PbZrO3型正交Pbam过渡相.另外,随着掺杂浓度的增大,Bi1-x Prx FeO3的磁性逐渐增强,剩余磁化强度Mr在相变边界处有最大值,并且在进入Pnma相后逐渐减小。     

不同煅烧时间的纳米N-TiO2粉体制备及表征

以钛酸丁酯为原料制备TiO_2粉体,在管式炉中600℃与NH_3经不同反应时间制备N-TiO_2粉体样品。通过X射线衍射、光电子谱和紫外-可见光谱对产物进行了表征。结果表明,制得的粉体为锐钛矿型结构,粒径约为20nm,氮进入到了TiO_2晶格部分取代了氧的位置,形成新的TiO_(2-x)N_x晶格。     

In掺杂Bi_2Se_3晶体的电学性能与形貌

采用自助熔融法制备了高质量的In掺杂Bi_2Se_3(Bi_(2-x)In_xSe_3)单晶样品。研究了In掺杂对Bi_2Se_3样品的晶体结构、微观形貌及电输运性能的影响。结果表明:在Bi_(2-x)In_xSe_3样品中,In基本以替代Bi位的形式存在。随着In掺杂量的增加,样品晶格常数c减小,层状结构更加明显且堆叠层数增多。样品的电阻率随着In掺杂量的增加而明显增大,这可能跟掺杂样品内电离杂质的散射的贡献增大有关。另外,Bi_(2-x)In_xSe_3样品的磁电阻大小也与In掺杂量呈正相关关系,这是由于在In掺杂的样品中,In掺杂使得样品中声子散射效应增加,导致了体系中的磁电阻值增大。     

Y掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

通过Materials Studio软件下的CASTEP模块模拟了钇掺杂氧化锌的情况,分析了掺杂钇以及不同掺杂量条件下的氧化锌体系的结构稳定性、能带结构、态密度和光学性质等变化,发现钇掺杂在一定的范围内增加时,会发生体系的体积、晶格常数和总能量增大,Y—O键长变长,布局值减少,共价键减弱,离子键增强,吸收光谱的蓝移,掺杂体系越不稳定,掺杂越难。这些对钇掺杂氧化锌在光学、光子学领域的应用有着重要的理论指导意义。     

PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物热电材料的制备及其性能研究

采用固态反应法制备了Sr掺杂的PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物,对其进行了XRD分析和热电性能测试,研究Sr掺杂对其热电性能的影响,结果表明:在x=0,0.25,0.5,0.75掺杂比例范围内,Sr离子很好地进入了PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)的晶格,形成双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测温范围内,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)材料的Seebeck系数均为正值,说明PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)为p型半导体材料;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的电导率,而样品的Seebeck系数随着掺杂浓度增加逐渐降低;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的功率因子,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)在1073 K有最大的功率因子90μW/mK~2。     

压力作用下Cr2AC相(A=Si、Ge)的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了高压下Cr2 AC相(A=Si、Ge)的力学性能和电子结构特点.结果表明:0～80 GPa范围内,Cr2 SiC和Cr2 GeC的晶格常数a、c和体积V均随压力增加而下降,a轴方向上比c轴方向上更容易被压缩;弹性性质计算结构表明在0～80 GPa范围内两个化合物均是力学稳定的,弹性模量(体积模量B、剪切模量G)随着压力的不断增加而增大,说明增加压力可以使两个化合物的硬度提高;此外,还从电子态密度的角度考察了Cr2 SiC和Cr2 GeC的电子性质,在0～80 GPa范围内,压力对整体态密度影响较小,费米能级处的电子态密度值随着压力的不断增加而降低,说明增加压力能够提高两个化合物的稳定性.     

(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3无铅压电陶瓷的性能特征

采用传统电子陶瓷制备工艺制备了(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3无铅压电陶瓷。研究了不同Ta含量下(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3陶瓷的晶相组成及性能特征。结果表明,(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3陶瓷在低Ta含量时形成单一斜方相固溶体,但Ta含量达到0.08mol后则有K6Ta10.8O30次晶相产生。随着Ta的加入,陶瓷的体积密度逐渐增大,居里温度(Tc)逐渐降低。当Ta含量为0.08mol时陶瓷具有良好的铁电、压电性能和介电稳定性能,其压电常数d33为76pC/N。     

Zn-SrTiO_3粉体的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了锌掺杂钛酸锶粉体(Zn-SrTiO_3),通过X射线衍射(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)和激光粒度仪对样品进行表征和分析,以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了不同掺杂浓度样品对MB的光催化降解效果。结果表明,钛酸锶经锌掺杂后仍然保持了钙钛矿结构,Zn~(2+)进入晶格对Sr~(2+)进行了替位掺杂,晶格常数变小;样品形貌为有序多孔疏松结构,粒度分布均匀,热处理温度升高,样品发生热团聚;锌掺杂明显提高了SrTiO_3粉体的光催化活性,当掺杂量n(Zn)∶n(Ti)=0.015、热处理温度900℃时,Zn-SrTiO_3样品的光催化活性最高,其一级表观速率常数较相同条件下纯SrTiO_3提高了约3.6倍,样品光催化性能稳定。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_(2)O_(9)陶瓷的结构与电学性能影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备(NaBi)_(0.5-x)(KCe)xBi2Ta_(2)O_(9)(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_(C)逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 pC/N,Curie温度T_(C)=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度ρ=9.113 g·cm^(-3);NBTO(x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 pC/N,约为初始值(d_(33)=19.0 pC/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性.     

高压下Ti2AlC结构、弹性和电子性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了高压下Ti2AlC的结构、弹性和电子性质.结果表明,Ti2AlC的晶格常数a、c和体积V均随着外压的增大减小,且c比a减小幅度略大,表明Ti2AlC在c轴方向比a轴方向更容易被压缩,体现了该材料的各向异性.计算了Ti2AlC的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等弹性性质,发现这些弹性性质均随着外压的增加而增大,并根据弹性常数证明了Ti2AlC在0～50 GPa范围内均是力学稳定的.此外,还从电子态密度的角度考察了Ti2AlC的电子性质,认为其具有共价键和金属键的双重性质,并发现在0～50 GPa范围内压力对Ti2AlC的态密度性质影响较小.     

高Si掺杂RuO_2材料的晶体结构、电子结构和导电性

通过密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理,研究了高Si掺杂的(Ru1-x Six)O2(x=0、0.125、0.25、0.375、0.5)固溶体材料的晶体结构特征;对采用热分解制备的Si掺杂Ru O2的相分析,证实了通过合适的热分解工艺,可以实现高浓度Si的代位掺杂;能带结构研究显示,高Si掺杂Ru O2材料始终保持金属特性;态密度分析表明,Si可以提供少许Si-3p电子,但导电主体仍来自Ru-4d与O-2p电子;高Si掺杂(Ru1-x Six)O2的电导率随Si掺杂量的变化符合一阶指数衰减趋势。     

Fe3+掺杂NaTaO3纳米粒子的制备及光吸收机理

采用水热法合成了一系列铁离子掺杂NaTaO3 纳米粒子,研究了铁离子掺杂对宽禁带钽酸钠半导体光吸收性能的影响。XRD结果表明铁离子掺杂导致NaTaO3晶胞体积膨胀;紫外可见漫反射光谱表明铁离子掺杂引起钽酸钠吸收带边红移,并且随着铁离子掺杂浓度的增加,红移增大;密度泛函计算结果揭示,铁离子取代钽离子进入NaTaO3晶格会形成一个杂质能级,这个杂质能级主要由铁离子的3d轨道形成,是导致NaTaO3光吸收带边红移的原因。     

Na0.5Bi0.5TiO3-Ba0.5Sr0.5Nb2O6无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xBa0.5Sr0.5Nb2O6(0≤x≤1.0％)(简称(1-x)NBT-xBSN)无铅压电陶瓷,研究了不同BSN含量(x=0,0.1％,0.3％,0.5％,0.7％,1.0％,摩尔分数)样品的物相组成、显微结构及电性能.结果表明:所有样品均为纯钙钛矿结构,随掺杂量x的增加,陶瓷的相对密度pr、压电常数d33和机电耦合系数kp均先增大后降低,机械品质因子Qm和退极化温度Td则逐渐下降.该体系陶瓷具有弥散相变特征,弥散指数介于1.6～1.7.当x=0.5％时,陶瓷获得最佳性能:d33=92pC/N,kp=0.164,Qm=89,εr=650,tanδ=5.47％,pr=96.5％.     

ZrC掺杂对ZTA复相陶瓷微观结构和力学性能的影响

以ZTA20%(zirconia-20%toughened alumina)为基体,通过掺杂不同体积分数的ZrC(10%、15%、20%、25%)研究其对复相陶瓷微观结构和力学性能的影响。采用放电等离子体烧结法在1 400℃、40 MPa保温15 min制备样品。用Archimedes法测得样品相对密度最高可达99.08%。不同ZrC含量的烧结样品的物相成分均为ZrC、α-Al_2O_3和ZrO_2,烧结后无杂质相产生,表明复相陶瓷在烧结过程中具有优良的化学相容性,该复相陶瓷内部各晶粒尺寸均匀,无异常长大现象,断裂机制为穿晶断裂和沿晶断裂相结合。随着ZrC含量的增加,复相陶瓷的弯曲强度先增大后减小,ZrC含量为20%时达到最大值722 MPa;断裂韧性则由5.47 MPa·m~(1/2)增加到6.51 MPa·m~(1/2);显微硬度由17.30 GPa逐渐降低至16.19 GPa。     

红柱石对莫来石-高硅氧玻璃材料性能的影响

以莫来石M40(3~1 mm、≤1 mm和≤0.088 mm)和红柱石(1~0.5 mm、≤1 mm和≤0.074 mm)为原料,固定骨料和基质质量分数分别为70%和30%,调整红柱石的加入量(≤0.088 mm的加入量分别为0、5%、10%、15%、20%)和粒度(3种粒度分别添加10%),外加5%的硅溶胶结合剂,经混合、成型和烘干后,于1 200~1 600℃的空气气氛中保温3 h煅烧,测定烧后试样的线变化率、显气孔率、体积密度、耐压强度、荷重软化温度和抗热震性,并用SEM观察热震前后试样的显微结构。结果表明:(1)在相同煅烧温度下,随红柱石粉(≤0.088 mm)含量的增加,试样的线收缩率减小,显气孔率增大,体积密度下降或基本保持不变,耐压强度总体上逐渐增大;(2)在红柱石粉添加量相同的情况下,随煅烧温度的提高,试样线收缩率增大,显气孔率下降,体积密度增大,耐压强度升高;(3)加入不同粒度的红柱石均有利于提高材料的荷重软化温度,且采用1~0.5 mm的红柱石和提高烧成温度更加有效;加入不同粒度红柱石的试样,抗热震性均不是很好,其中以加入≤1 mm红柱石的试样抗热震性最好,加入1~0.5 mm的次之,加入≤0.074 mm的最差。     

Fe掺杂钛酸钡钙材料的制备及性能研究

以BaCO_3粉、CaCO_3粉、TiO_2粉、Fe_2O_3粉为原料,在采用固相反应法于1 020℃常压预烧3 h后,继续在1 260℃常压烧结2.5 h制备了Fe掺杂钛酸钡钙(Ba0.70Ca0.30Ti1-xFexO3)材料,研究了Fe掺杂量(x分别为0、0.002、0.005、0.010、0.015、0.020和0.030)对烧后试样物相组成、体积密度、相对密度、显微结构和介电性能的影响。结果表明:1)1 020℃预烧及1 260℃烧结后试样均由纯钙钛矿组成。当Fe掺杂量x≤0.02时,1 260℃烧结后试样中T、O相共存;当Fe掺杂量x增加到0.03时,则转变为PC、O相共存。2)随着Fe掺杂量的增加,1 260℃烧结后试样的体积密度和相对密度均逐渐增大;O相的平均晶粒尺寸逐渐增大,而T相的平均晶粒尺寸则呈先增大后减小的变化趋势,在Fe掺杂量x为0.005时达到最大的5.56μm;居里温度TC逐渐减小,对应的最大介电常数εmax则呈先增大后减小的变化趋势,在Fe掺杂量x为0.005时达到最大的4 380 F·m-1。     

Ho~(3+)掺杂Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9陶瓷的结构、电学和上转换发光性能

采用传统固相法制备了Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5–x)Ho_xNb_2O_9(NKBN–x Ho~(3+),0.000≤x≤0.030)铋层状陶瓷,研究了Ho~(3+)掺杂对NKBN陶瓷结构、电学和上转换发光性能的影响。X射线衍射谱表明Ho~(3+)进入NKBN晶格形成了固溶体。随着Ho3+掺杂量的增加,NKBN陶瓷的晶粒尺寸降低,当x=0.020时,样品的压电和铁电性能均达到最佳:d_(33)=21.8pC/N2Pr=1.84μC/cm。(d_(33)为压电常数,Pr为剩余极化强度)所有样品在400℃均未出现明显的退极化现象,在高温下表现出良好的压电稳定性。在980 nm激光激发下,所有陶瓷样品均表现出上转换荧光发光特性,表明NKBN–x Ho~(3+)陶瓷在光电多功能材料领域具有潜在的应用价值。随着极化电压的增加,陶瓷样品的晶格结构对称性提高,上转换荧光发光强度降低。     

N和Al共掺杂TiO2粉体的固相合成及可见光降解性能

采用固相反应法合成了N与Al共掺杂TiO2(N-Al-TiO2)粉体材料,利用XRD,UV-Vis,N2吸附及XPS等对其进行了物相织构表征,并研究了可见光辐照下催化剂对中性红的降解性能.结果表明,N和Al均进入TiO2晶格或晶格间隙,材料表面不仅存在替位取代形成的N-Ti-O与Ti-O-Al键,且存在间隙掺杂形成的T...     

B位Ce~(4+)掺杂对Sm_2Zr_2O_7组织结构及介电性能影响

采用固相反应法制备了Sm_2(Zr_(1-x)Ce_x)_2O_7陶瓷材料,采用XRD和FT-IR技术分析了其晶体结构,用SEM技术分析了其显微组织,用阻抗仪测试其介电性能。结果表明,所制备Sm_2(Zr_(1-x)Ce_x)_2O_7陶瓷显微组织致密,晶粒大小比较均匀,晶界十分干净,并且Sm_2(Zr_(1-x)Ce_x)_2O_7陶瓷的相结构与掺杂量相关,Sm_2(Zr_(1-x)Ce_x)_2O_7(x=0,0.1)为焦绿石结构,Sm_2(Zr_(1-x)Ce_x)_2O_7(x=0.2,0.3,0.4)为萤石结构。Sm_2(Zr_(1-x)Ce_x)_2O_7陶瓷材料在B位大半径离子掺杂时,分子总极化率随掺杂量的增加而增大,介电常数和介电损耗随掺杂量的增加而增大。