Ti-Al金属间化合物的力热性能及其能带计算

为了比较Ti-Al合金中主要合金相的力热性能和电子结构的差异,对Ti-Al合金中的TiAl、TiAl_2、TiAl_3与Ti3Al金属间化合物的生成热、结合能、弹性系数、电子能带和电子态密度进行了计算,且计算中采用了基于密度泛函理论的第一性原理以及Materials Studio软件中的CASTEP软件包.结果表明,4种金属间化合物中Ti3Al相的合金化形成能力最强,结构也最稳定,Ti3Al相呈韧性,且抗变形能力和刚性最强.4种金属间化合物均无能量禁带,均属于金属性材料,其中Ti3Al相金属性最强,Ti A13相金属性最弱.     

Ce-Mg合金体系弹性性质与电子结构的第一性原理研究

为了探讨Ce-Mg体系金属间化合物的力学性质与其晶体结构相联系的微观机制,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了3种立方Ce-Mg体系金属间化合物CeMg、CeMg2和CeMg3的电子结构和弹性性质。计算结果表明,CeMg3有最高的体模量和剪切模量,分别为41.1GPa和30.7GPa,CeMg2的体模量和剪切模量则在3种金属间化合物中最低,分别为35.1GPa和14.0GPa。CeMg、CeMg2和CeMg3均满足立方晶系力学稳定性要求,CeMg3与CeMg为脆性材料,而CeMg2为延性材料。各向异性性质分析表明,CeMg具有很高的弹性各向异性,而CeMg2的体模量、剪切模量以及杨氏模量尽管最低,但其显示出良好的各向同性性能。计算CO-HP及电荷密度分布揭示了Ce-Mg合金体系弹性性质的变化与体系中化学成键差异密切相关,晶体中Mg-Mg键较强的材料比晶体中Ce-Mg键较强的材料有着更好的延展性。     

Pt-Ir-Y系化合物的结构稳定性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过计算研究了Pt-Ir-Y系金属间化合物的生成焓和结合能、电子结构、弹性性质和结构稳定性.计算结合能和生成焓可以得出,在Pt-IrY系合金中,最容易生成Ir_2Y,其合金相也是最稳定的.由态密度图可以得出,合金稳定性顺序为Ir YPt_3YPt_4Y_5Pt_2YIr_2Y.由态密度图可以看出Ir-Y系中赝能隙较宽,说明Ir、Y较Pt、Y更容易生成化合物.由弹性常数,体模量B、切变模量G、弹性模量E、和泊松比ν得Pt-Ir-Y系五种金属间化合物中强度大小顺序为:Ir_2YPt_2YPt_3YIrYPt_4Y_5由塑脆转变的依据得,Pt-Ir-Y系五种金属间化合物中都有较好的塑性,其中塑性最好的为Pt_4Y_5.     

Mg-Cd金属化合物有序-无序相变时力学性能变化实质的探讨

本文用固体与分子经验电子理论分析Mg_3Cd、MgCd_3金属间化合物在有序一无序转变时价电子结构的变化,发现晶体中平均每原子所贡献的共价电子数n_c和共价电子在总价电子中所占比例η是决定晶体强轫变化的因素之一。 解释了六方Mg-Cd金属间化合物在有序—无序相变时强轫性变化的规律为何与其它金属化合物(如Ti_3Al、TiAl等)不同。     

金属锌的电子结构及物理性质

用新发展的金属价键理论，系统分析了金属Ｚｎ的电子结构和性质，用单原子状态自洽法确定金属Ｚｎ的电子结构，计算了晶格常数，结合能及势能曲线，各种弹性模量和线膨胀系数随温度的变化。计算结果与实验值符合较好。     

闪锌矿结构ZnSe的光电性质和有效质量研究

为了研究红外透光闪锌矿ZnSe晶体光学性质和电学性质的内在机理。通过第一性原理的密度泛函理论,借助超软平面波赝势,计算了ZnSe晶体的能带结构和态密度,分析了反射光谱、吸收光谱和介电常数。基于有效质量的近似理论,计算了价带顶端附近电子的有效质量。研究结果表明:ZnSe晶体属于直接带隙半导体材料,反射峰的出现主要是因为Se原子的4p电子和Zn原子的3d态电子向导带跃迁,介电峰的分布与电子结构直接相关,介电峰主要是由于Zn的3d和Se的4p轨道价带向Zn的4s和Se的4s轨道导带的过渡。分析了价带顶端的电子有效质量,计算结果与文献资料基本一致,发现载流子的有效质量具有各向异性,k_a方向的电子和空穴的有效质量均较小。从而挖掘了ZnSe晶体的光电性质与有效质量的内在本质,这些分析结果对Ⅱ-Ⅵ族半导体光电子材料具有非常重要的参考价值。     

改性石墨烯纳米材料气敏特性的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究单个CO和O2气体分子在多种金属原子修饰的石墨烯表面的吸附作用.结果表明,空位缺陷结构的石墨烯能够显著提高金属原子的稳定性,失去部分电荷的金属原子有助于调控气体分子的吸附特性.对比发现,单个金属Al和Mo原子掺杂的石墨烯体系对O2分子具有极高的灵敏性和选择性.通过不同气体分子的吸附能够调控石墨烯体系的电子结构和磁性.研究结果测试了不同金属原子修饰石墨烯表面的反应活性,为设计新型金属-石墨烯功能器件提供参考.     

金属材料热膨胀系数经验公式的探讨

由双原子模型出发,着重考虑晶体振动势能的非谐项,推得金属热膨胀的经验公式,α与金属的结合能、熔点和晶体结构有关．用它计算不同晶体结构的５０ 多种金属的Δα／α,平均百分比误差为±１４２ ％ ,如考虑原子的电子结构与热膨胀关系,对过渡族、稀土族及一价、二价金属计算得平均误差为±１２ ％ ．更加合理地反映热膨胀规律．还可用已知金属的结合能、熔点和晶体结构参数对某些难以实测或测不准的热膨胀系数估计和校正．     

基于第一性原理对β-ThSi2力学和电子性质的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对β-ThSi2晶体的晶格结构、弹性性质和电子能带结构进行了研究.通过对其弹性常数和弹性模量的计算,分析了晶格结构稳定性、相关的力学性质以及弹性各向异性;通过电子结构的计算,研究了电学性质和成键特性.     

LiNiP04声子谱和热力学性质第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论,对LiNiPO。晶体的声子谱和热力学性质进行计算,并对其声子谱和声子态密度进行讨论．计算结果表明LiNiPO。的晶体结构是稳定的．3类不同位置的0原子所起的作用各不相同．声子谱声频支和光频支的低频部分主要来源于LiNi原子,光频支的高频部分主要来源于P原子．     

Mn-Azide-4,4'-Bipy的电子结构及磁学性质的密度泛函理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对以锰离子为磁性中心的化合物Mn-Azide-4,4'-Bipy的电子结构和磁性质进行了研究.通过计算,发现该化合物为稳定的铁磁性物质,这和实验结果是相吻合的.同时发现锰离子对化合物磁性的贡献较大,4,4'-Bipy桥配体上的氮原子和碳原子的贡献相对较小;每个分子的自旋磁矩为4.99μB.     

固体结合方式的电荷分布辨识

固体材料的物理和化学性质与其结合方式密切相关,因此研究固体结合是研究材料性质的基础。用第一性原理方法计算了氯化钠、金刚石和锂晶体的电荷密度和电荷密度差,并以此为基础分析了实际材料中离子结合、共价结合和金属结合的电荷分布特征,介绍了依据电荷密度图和电荷密度差图判断固体结合方式的方法。     

黑磷纳米带电子结构的调控

基于密度泛函理论,从第一性原理出发,研究Armchair型和Zigzag型黑磷纳米带边缘钝化非金属原子对其电子结构性质的影响,探讨各类钝化结构的稳定性.计算结果显示,氢钝化或卤族原子钝化都能有效调节黒磷纳米带的电子能带结构;对钝化后的纳米带加横向电场,能使其能隙随电场增加逐渐减小,最终由半导体特性转变为金属特性,但在垂直纳米带表面加电场,对能带结构不产生影响.综合考虑边缘钝化后纳米带电子结构性质及稳定性,指出氟化黑磷纳米带将很有希望成为光伏平台和纳米电子器件的理想材料之一.     

基于价电子理论的Ag-Sn金属间化合物形成机理

SnAgCu焊点中的金属间化合物(intermetallic compounds,IMCs)Ag3 Sn脆性大且电阻高,对焊点可靠性具有重要影响,有必要明确其形成过程和相变机制以控制其生长.采用固体与分子经验电子理论(empirical electron theory,EET)研究Ag-Sn系统中的主要扩散元素及原子运动路径,应用自洽键距差(self-consistent bond length difference,SCBLD)法计算了Ag-Sn系统内参与反应相的价电子结构及可能形成的固溶体的结合能,根据结合能变化趋势从价电子层面描述出Ag3 Sn在焊点内部的形成过程.研究结果表明:Ag-Sn系统中的主要扩散元素为Sn,Sn原子进入Ag晶胞形成固溶体,固溶体内原子重新排布,形成结合能更高、排布更均匀的共价键,造成晶格膨胀,位于(110)晶面和面心位置的Ag原子随之向外扩张,形成了同样具有良好对称性的Ag3 Sn,与前人研究Ag-Sn系统扩散的实验结果相符.     

A Study on the Empirical Formula of the Thermal Expansion Coefficient of Metals

由双原子模型出发,着重考虑晶体振动势能的非谐项,推得金属热膨胀的经验公式,α与金属的结合能、熔点和晶体结构有关.用它计算不同晶体结构的50多种金属的Δα/α,平均百分比误差为±14.2%,如考虑原子的电子结构与热膨胀关系,对过渡族、稀土族及一价、二价金属计算得平均误差为±12%.更加合理地反映热膨胀规律.还可用已知金属的结合能、熔点和晶体结构参数对某些难以实测或测不准的热膨胀系数估计和校正.     

基于原子能级的多电子多原子分子的能量表达式

基于约化密度矩阵理论，导出以与标度核电荷相应的二电子原子的能级为参数的多电子多原子分子的能量表达式．提出电子对平均几率函数表达式。以双原子分子的计算为例，证明了这方法的有效、可靠与简便．     

黏土矿物蒙脱石晶体的种类及其结构分析

蒙脱石是一种常见且应用广泛的黏土矿物,因其具有吸附杂原子的性能,研究蒙脱石对工程安全具有现实意义.鉴于实验研究难以针对蒙脱石吸附特性做出微观解释,采用密度泛函理论计算了5种杂原子(Mg、Na、K、Ca和Cs)蒙脱石晶体的各类性质,包括几何电子结构以及杂原子掺入晶胞造成的能量变化.计算结果显示:所有模型中氢氧键均为0.98?,铝氧键比硅氧键要长;所有的蒙脱石晶体内部3种不同氧原子的分波态密度波形相似,硅原子的分波态密度值较小,但与氧的波形重叠,表明有共价键的存在;通过杂原子掺入蒙脱石晶胞造成的能量变化进行分析,结果显示:Mg蒙脱石、Na蒙脱石、K蒙脱石晶体较为稳定.这些通过理论计算得到的稳定蒙脱石结构,对开发新型蒙脱石材料提供了分子层面的认识.     

Co掺杂ZnO的第一性原理计算

为了拓宽ZnO光电材料的应用前景,研究了ZnO薄膜的晶体电子结构、掺杂以及光学性质.采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了ZnO和Zn0.9Co0.1O的能带结构、电子结构和光学性质.计算结果表明:纤锌矿ZnO为直接带隙半导体,掺杂10%Co后ZnO能级发生劈裂,态密度向稳定的低能级移动,禁带宽度变窄,吸收谱红移,呈现铁磁性.     

Ge2 Sb2 Te5晶体结构的第一性原理模拟

基于密度泛函理论,采用CASTEP软件对Ge2Sb2Te5亚稳态晶体进行结构优化,并比较了局部密度泛函LDA CA-PZ和广义梯度近似GGA PBE两种不同电子交换关联函数对模型晶体结构、能带、态密度、分波态密度、布居数等相关性质的影响,获得Ge2Sb2Te5亚稳态晶体结构的性质.研究发现,电子交互关联函数采用局部密度泛函LDA CA-PZ时计算体系的总能量更低,具有更好的稳定性,但该优化使晶格常数缩小,而采用广义梯度近似GGA PBE方法对GST材料的晶胞结构进行模拟获得的结果与实验结果较为吻合.亚稳态Ge2Sb2Te5的能带没有带隙,呈现典型的金属性,而对材料性质影响最大的是Te原子.     

实现照明 LED 用 p-ZnO 中 Ag-2N高共掺粒子数分数机理

基于密度泛函理论的第一性原理方法,对六方纤锌矿结构的Zn O晶体,N、Ag分别掺杂Zn O,以及Ag-2N共掺杂Zn O晶体的几何结构分别进行了比较研究,在此基础上计算得到了未掺杂Zn O晶体和不同掺杂情况下Zn O晶体的能带结构、总体态密度、分波态密度和电荷布居数.结果显示:Ag-2N共掺杂Zn O具有较稳定的结构,能有效提高载流子粒子数分数,更容易得到稳定的p型Zn O.