α-Al2O3中三角Ru3+中心的g因子研究

基于晶体场模型,采用三角对称下4d5离子各向异性g因子微扰公式,对α-Al2O3中三角Ru3+中心的电子顺磁共振实验结果进行了理论研究。计算中利用较新的Ru3+自由离子旋轨耦合参数,考虑了轨道缩小因子和旋轨耦合参数对杂质Ru3+中心g因子的影响,讨论了Ru3+中心的局部结构性质,结果表明理论与实验符合得很好。     

合金元素Cu对α-Al_2O_3体结构拉伸强度和断裂性能影响的第一性原理研究

随着粉末冶金技术的发展,金属粉末被广泛用于金属-氧化铝基陶瓷复合材料的制备,具有提高烧结活性、增强增韧的作用。为了从原子尺度研究金属元素对氧化铝陶瓷结构的力学性能影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算手段,建立合金元素Cu替代α-Al_2O_3中Al~(3+)的掺杂晶胞模型与纯净α-Al_2O_3晶胞模型,通过第一性原理计算模拟拉伸试验方法(FPCTT)研究二者的拉伸变形过程与断裂机制,该方法能够模拟晶胞沿单轴方向的理想拉伸变形过程。借助电荷密度分布图及差分图、Mulliken电荷布居分析等方法,从原子构型与电子结构方面研究合金元素Cu对陶瓷材料α-Al_2O_3的影响作用与机理。研究发现:纯净α-Al_2O_3晶胞在应变为0.18时达到理论拉伸强度(55.51 GPa),并且伴随着Al原子向邻近的O原子层弛豫,具有明显的屈服效应。在合金元素掺杂模型中,由于Cu与O较弱的键合作用,变形过程伴随着Cu—O键的衰弱断裂,杂质体系在应变为0.12时发生断裂,拉伸强度为40.33 GPa,其断裂方式为脆性断裂。结果表明:纯净的α-Al_2O_3结构单向拉伸变形过程伴随着较弱Al—O键的断裂且Al原子向O原子层弛豫,合金元素Cu进入基体结构后形成了键能更弱的Cu—O键,并在单向拉伸变形过程中率先断裂,导致体结构的断裂。说明合金元素Cu以原子替代方式进入α-Al_2O_3体结构中弱化了体结构的粘附性能,导致整体结构拉伸强度的降低。     

Al2O3对PbTe微观结构和热电性能的影响

为研究Al2O3对PbTe微观结构和热电性能的影响,在Tl0.02Pb0.98Te材料中添加纳米Al2O3粉末,用高能球磨加热压方法制备了Tl0.02Pb0.98Te样品,并对样品进行实验分析。结果表明:添加纳米Al2O3粉末有效地强化了样品高温机械性能;同时,纳米Al2O3颗粒弥散分布在晶界,阻止热压过程中晶粒长大,使晶粒尺寸降低了约50倍;晶粒细化后界面增多,能更好地散射长波长声子;由于晶格热导率降低了约20%,Tl0.02Pb0.98Te(Al2O3)0.06样品的ZT在723 K时达到1.3。     

圆柱形微波多模烧结腔烧结Al2O3陶瓷的性能

应用微波加热技术进行高纯Al2O3陶瓷烧结是一种理想的选择.本文使用一种新型的圆柱形微波多模烧结腔体进行了Al2O3陶瓷的烧结研究,该设备可在短时间内达到较高的烧结温度,并能实现坯体的整体烧结.分别对纯Al2O3粉体和Al2O3/MgO混合粉体进行了烧结实验,结果表明,添加MgO作为助烧剂烧结得到的陶瓷试样的相对密度高于纯Al2O3粉体烧结得到的陶瓷试样,在1 700℃下保温40 min,其相对密度可以达到理论密度的97.8%,维氏硬度达22.3 HV/GPa.从SEM图中可观察到试样微观结构良好,晶粒大小均匀,致密化程度高.     

La2O3、Cr2O3共掺杂的CCTO陶瓷介电性能研究

采用氧化物混合工艺制备了La2O3和Cr2O3共掺杂的CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷材料。通过XRD、介电温度特性等测试手段,研究了掺杂不同浓度的La2O3和Cr2O3对CCTO体系陶瓷介电性能的影响,并对掺杂机理进行了分析.研究结果表明:分别掺杂La2O3和Cr2O3的CCTO陶瓷的介电损耗为～0.2,比纯的CCTO陶瓷样品低,而介电常数仍保持在～104;掺杂0.03at%La2O3和0.08at%Cr2O3的CCTO陶瓷材料的介电常数为4.4×104,介电损耗可降至0.15.因此,通过共掺杂的方法可以在有效降低CCTO陶瓷介质损耗的同时,仍维持高的介电常数.     

Na2SiO3含量对等离子体电解氧化Al2O3-ZrO2复合陶瓷层形成机制的影响

铸造Al-Si合金表面ZrO2陶瓷层可有效提高基体的隔热及抗高温氧化性能,采用等离子体电解氧化方法在Al-Si合金表面制备了氧化锆涂层.涂层的组成、结构通过SEM、XRD进行研究.结果表明:K2ZrF6体系成膜速度较快,30min膜厚可达92μm,膜层表面和截面没有明显的等离子体放电形成的微孔,大量聚集的Zr(OH)4在等离子体放电产生的热化学作用下分解为ZrO2,表面出现大量2μm～5μm的陶瓷颗粒.K2ZrF6复合Na2SiO3体系成膜速度较慢,30min膜厚仅为27μm,表面和截面存在较多喷射状孔洞,随着溶液浓度的增大,成膜速度均呈先增后减的趋势.K2ZrF6复合Na2SiO3体系中,陶瓷层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3、Al2(OH)3F3和m-ZrO2组成,α-Al2O3为陶瓷层的主晶相.K2ZrF6体系中陶瓷层的主要成分为t-ZrO2、m-ZrO2、α-Al2O3和γ-Al2O3,t-ZrO2为涂层的主晶相.涂层中m-ZrO2较少,而t-ZrO2含量高,表明生成的α-Al2O3起到稳定高温相t-ZrO2的作用.     

Cu-Cr2O3/Al2O3催化剂上乳酸乙酯加氢制丙二醇研究

在间歇反应器上考察了通过共沉淀法制备得到的一系列不同负载的Cu-Cr2O3/Al2O3催化剂的催化加氢效果.研究结果表明:当n(Cu)∶n(Cr)=2∶1时有最佳的催化剂活性,n(Cu)∶n(Cr)=1∶1时有最佳的1,2-丙二醇选择性.在反应温度为200℃、氢气压力为3MPa、搅拌速率为500r/min和n(Cu)∶n(Cr)=2∶1的Cu-Cr2O3/Al2O3催化剂作用下,反应6h,实现了乳酸乙酯的完全转化,其中1,2-丙二醇的收率达到了95.3%.     

微波加热法合成蜂窝状堇青石载体Al2O3涂层

采用微波加热法在堇青石蜂窝陶瓷基体表面涂覆多孔Al2O3涂层,研究了制备条件对堇青石蜂窝陶瓷表面Al2O3涂层中Al2O3的质量分数的影响。通过BET、SEM对涂层结构及形貌进行了表征,结果表明,采用微波加热法制备的Al2O3涂层均匀、稳定,具有较大的比表面积、孔容和较高的Al2O3质量分数。     

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。     

压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论下的平面波超软赝势方法,计算了蓝宝石在三种结构相（Corundum相、Rh2O3（II）相、CaIrO3相）下的晶格参数随压力变化的关系,并得出了不同压力下的晶格常数间的比值。同时还计算了在131.2 GPa压力下不同点空位缺陷（VO^＋1、VO^＋2、VAl^-1、VAl^-2、VAl^-3）对80个原子的超原胞AL2O3（CaIrO3相）晶体参数影响。最后为了进一步分析蓝宝石的电子结构,本文还计算了131.2 GPa压力下的AL2O3（CaIrO3相）下的理想晶体和含＋2价氧空位时的总和分态密度,并将二者作了对比,结果表明＋2价氧空位存在时有电子缺陷态出现。     

急冷Al-Cr合金低温氧化制备自修复α-Al2O3薄膜

为了在750℃下制备自修复α-Al2O3薄膜,对Cr质量分数为8%和18%的急冷Al-Cr合金在大气气氛中670～720℃下进行氧化,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱分析(EDS)对氧化膜进行分析.结果表明,Cr质量分数为8%的急冷Al-Cr合金主要由Cr固溶于Al的单相组织构成,质量分数为18%的急冷Al-Cr合金则为Al上分布Al45Cr7的双相组织.急冷Al-Cr合金可以在720℃的低温下通过氧化制备出薄且致密的α-Al2O3膜,合金的基体组织对氧化结果无明显影响,但Cr质量分数较高时,α-Al2O3膜中固溶有少量的Cr.此外,XRD检测结果表明,试样的表面粗糙度有利于获得α-Al2O3.     

第一原理计算α-Al2O3电子态密度性质分析

利用第一性原理中的DFT理论计算了α-A l2O3晶体结构的能带结构和电子态密度,计算过程用软赝势表示原子芯区电子,结构优化后的晶格常数与实验值误差在很小的范围内.分析了A l和O的s和p轨道对分态密度的影响,依据晶体场理论分析了态密度成键轨道和反键轨道的归属.结果表明,禁带能隙约为8 eV,导带位于6.7~17.5 eV,对(110)晶面切片电子密度分析,发现氧原子周围强烈的电子定域分布.α-A l2O3电子的布居分析发现,在铝和氧之间存在明显电子转移.     

原位Al2O3变质与热处理对铸造过共晶铝硅合金组织和性能的影响

利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、硬度计等测试手段,研究了在过共晶铝硅合金中加入CuO原位生成Al₂O₃对初晶硅的变质作用以及热处理对变质后的过共晶铝硅合金组织和性能的影响。结果表明：原位生成的Al₂O₃对过共晶铝硅合金的初晶硅的变质细化作用显著,同时生成的Al₂Cu型化合物作为增强相提高了过共晶铝硅合金的硬度。变质后的铝硅合金经过热处理后,针状的共晶硅球化,趋近于短棒状和球状,固溶8 h、时效8 h后合金硬度最大,可达维氏硬度HV 77.1,与热处理前相比,硬度增幅为1.3%。     

导热界面材料及导热填料Al2O3的技术研究

介绍了导热界面材料的分类、主要技术指标、导热机理,并论述了作为导热填料Al₂O₃的技术指标对导热界面材料性能的影响,讨论了Al₂O₃的形貌对填充性能的影响。结果表明,颗粒形貌越规整,体系黏度越低,填充率越高,以及颗粒结晶程度越高,热导率越高。并阐述了填料Al₂O₃的杂质对导热界面材料的性能影响,最后提出导热填料Al₂O₃技术发展趋势。     

V2O5/rGO复合材料的电化学性能和储锂机理

为研究V₂O₅/rGO复合材料作为锂离子电池负极的循环稳定性、导电性以及锂离子在其中的迁移机理,通过实验和第一性原理计算相结合的方式,利用水热法制备了V₂O₅/rGO复合材料。实验研究发现,V₂O₅/rGO复合材料的首次放电比容量为943.4 mA·h/g,高于V₂O₅(约为849.7 mA·h/g),经过150圈循环后其放电比容量保持率为65.2%,也高于V₂O₅(40.4%),说明V₂O₅/rGO具有更高的比容量和更优异的循环稳定性。电化学阻抗测试发现,V₂O₅/rGO高频区的半圆小于V₂O₅,说明其导电性更佳。通过基于态密泛函理论的第一原理计算发现,V₂O₅/rGO在嵌锂之后,在费米能级处d...     

Sb掺杂LiBiO3电子结构的第一性原理计算

通过能带结构、电子态密度、电子局域化函数、Bader电荷等方面的密度泛函理论(DFT)第一性原理计算,对掺杂了Sb的LiBiO3的电子结构进行研究,试图从理论角度探寻合适的光催化材料。计算结果表明,空间群为Pccn的正交LiBiO3为直接半导体,DFT计算带隙为0.23eV,而采用HSE泛函形式的计算带隙为1.18eV,较为接近实验测定值。随着Sb掺杂量的增加,LiBi1-xSbxO3的计算带隙逐渐加大,与纯LiBiO3相比,Sb掺杂体系中出现了具有更强键合作用的Sb-O键,有利于改善体系的光催化性能。     

掺氮3C-SiC电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似方案处理电子间相互作用的交换关联能量泛函,电子波函数采用平面波基矢展开,并采用超软赝势近似离子实与价电子间相互作用,对掺氮(3×3×3)3C-SiC超晶胞电子结构进行了第一性原理研究．对不同掺氮浓度3C-SiC超晶胞的能带结构和态密度进行计算,结果表明氮原子的2p态和2s态分别占据价带顶和导带底,随着掺杂浓度的增加,导带底和价带顶的位置逐渐向低能端移动,导带底移动速度要大于价带顶,导致禁带宽度减小．     

Cu（111）表面原子和电子结构的第一性原理计算

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,优化了体相铜的晶格参数,计算了体相铜的能带和态密度,在此基础上计算并分析了Cu(111)表面原子和电子的结构.计算得到Cu(111)面的表面能为1.387 J/m2,得到的结果和其他计算结果及实验值均能较好吻合.     

ZnS电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法对ZnS的电子结构进行了研究.研究结果表明:理论预测ZnS是一种直接宽禁带半导体材料,直接带隙宽度为2.20eV,这个结果比实验值要小1.5eV左右;ZnS的下价带主要由Zn的3d电子贡献,上价带主要由S的3p电子形成,导带主要来源于Zn的4s电子和S的3p电子的贡献;在ZnS晶体中Zn原子失去电子,S原子得到电子,Zn—S键是共价键.     

CuCl2/Al2O3催化氮杂环的N-芳基化反应

研究了以CuCl2/Al2O3作为金属铜催化剂高效催化氮杂环与卤代芳烃的N-芳基化反应制备N-芳基杂环化合物.实验结果表明:在无有机配体存在下CuCl2/Al2O3催化剂具有良好的催化活性和重复使用性.以咪唑与碘苯的反应作为模板反应优化反应条件,考察了反应物配比、催化剂种类、碱的种类、溶剂的选择、反应温度以及反应时间等因素对反应收率的影响,确定了最佳反应条件,在此条件下制备N-苯基咪唑的收率达99%.而且,所选择的催化反应体系可应用于合成一系列N-芳基杂环化合物.