应力对立方相Ca2Ge光电性能的第一性原理研究

通过应力调控方式,采用了GGA和LDA两种近似方法分别计算了立方相Ca2Ge在-2 ～4 GPa应力下的电子结构和光电特性.根据能带结构计算结果得到,在-2～4 GPa应力范围,立方相Ca2Ge均为在G高对称点的直接带隙半导体,在0 GPa下GGA和LDA计算的带隙值分别为0.55 eV和0.426 eV.态密度结果表明了在所有调控应力下,价带主要是由Ge的p态电子贡献,导带主要是由Ca的d态电子贡献.分析复介电函数得到,0 GPa下的静态介电常数ε1(0)取得最大值,在所有应力范围内,介电函数ε1在E=0.7 eV附近获得最大峰值,但2 GPa和4 GPa下的介电函数最大值向低能区移动,介电函数虚部ε2峰值主要是由Ge的4p态电子向Ca的3d态跃迁所产生的.根据折射率、反射谱、吸收谱信息,-2 GPa、2 GPa和4 GPa的调控应力使立方相Ca2 Ge在5.2 ～6.5 eV能量范围内呈现出了较强的金属反射特性,此时,折射率和吸收谱值为0,反射谱取得最大值1,而能量损失函数分析表明,在调控应力下,出现最大能量损失的横坐标值从10.2 eV移动至7.8 eV,表明了可通过施加应力方式调控光电子能量出现的最大损失.     

钼酸镉晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文利用了基于密度泛函理论的第一性原理和平面波赝势方法计算了CdMoO4晶体的电子结构和光学性质.分别采用了广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对晶胞参数进行优化,得到了最稳定状态下的晶胞参数.在优化结构的基础上得到了两种近似下的能带结构,电子态密度和介电函数.能带结构表明CdMoO4的价带顶和导带底均在Γ点,直接带隙分别为2.342 eV (GGA),2.241 eV (LDA).电子态密度计算结果说明Mo4d和O2p轨道之间强烈杂化形成Mo-O共价键,且其键性强于Cd-O键.计算得到的介电函数实部与虚部和Abraham等用WIEN97软件计算的结果吻合得较好.     

Na0.6CoO2热电陶瓷的电子结构

本文采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法,通过广义梯度近似电子结构计算对热电陶瓷Na<,0.6>CoO<,2>进行了研究.结果表明Na<,0.6> CoO<,2>为间接带隙的P型半导体,带隙宽度为1.233 eV.从态密度及电荷差分密度可知Co<,3>d电子和O2p电子对价带顶及导带底的贞献较大,CO3d与O2p轨道的杂化利于载流子的迁移,此外,CO3d电子晶场的分裂,使体系呈现自旋极化,计算得到的净磁矩为4μ<,B>,而自旋磁矩的存在是获得高Seebeck系数的原因.     

(100)应变对正交相Ca_2P_(0.25)Si_(0.75)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(100)应变下正交相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算。计算结果表明:(100)面在晶格发生100%~116%张应变时,带隙随着应变增加而减小;在晶格发生96%~100%压应变时,带隙随着张应变的增加而增加;88%~96%压应变时,带隙随着压应变的增加而减小;当压应变大于88%后转变为间接带半导体。当施加应变后光学性质发生显著的变化:随着压应变的增加静态介电常数、折射率逐渐减小,张应变则反之。施加压应变反射向低能方向偏移,施加张应变反射向高能方向偏移,但施加应变对反射区域的影响不显著。施压应变吸收谱、光电导率的变化与介电函数和折射率相反。综上所述,应变可以改变Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节Ca2P0.25Si0.75光电传输性能的有效手段。     

（100）应变对正交相Ca2P0.25Si0.75能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理赝势平面波方法对（100）应变下正交相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算.计算结果表明：（100）面在晶格发生100％～116％张应变时,带隙随着应变增加而减小;在晶格发生96％～100％压应变时,带隙随着张应变的增加而增加;88％～96％压应变时,带隙随着压应变的增加而减小;当压应变大于88％后转变为间接带半导体.当施加应变后光学性质发生显著的变化：随着压应变的增加静态介电常数、折射率逐渐减小,张应变则反之.施加压应变反射向低能方向偏移,施加张应变反射向高能方向偏移,但施加应变对反射区域的影响不显著.施压应变吸收谱、光电导率的变化与介电函数和折射率相反.综上所述,应变可以改变Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节Ca2P0.25Si0.75光电传输性能的有效手段.     

S掺杂TiO_2的第一性原理分析及光学性质研究

基于密度泛函理论的从头算方法,以锐钛矿TiO_2为研究对象,利用计算机模拟技术分析了S掺杂TiO_2的电子结构。用广义梯度近似法对优化后的理论模型进行单电子能量计算,到完整的和掺S的TiO_2晶体能带、总态密度(TDOS)以及分态密度(PDOS)图。分析了光学性质中的介电函数、吸收系数值。计算结果表明:TiO_2经掺杂后带隙变窄,掺杂后体系的介电函数向低能方向移动,具有优异的介电性能,掺杂体系的吸收边红移。S原子取代TiO_2中的O原子后,价带上方的杂质能级峰强较大,电子在该杂质能级上存在几率较大。在可见光催化实验中,可形成光生电子-空穴的捕获势阱,减小电子与空穴的复合几率,进而提高光催化效果。     

Gd2O2S电子结构及光学性质的第一原理研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了Gd2O2S的电子结构及光学性质.能带结构分析表明:Gd2O2S是一种间接带隙的半导体材料,其间接带隙值为3.22 eV,且价带顶和导带底分别位于G点和M点.态密度计算表明价带顶部由O2p和S 3p态杂化而成,导带底部主要由Gd 5d态构成.在对带隙进行1.15 eV的剪刀修正后,通过第一原理方法研究了Gd2O2S的光学性质.计算并分析了Gd2O2S的介电函数、复折射率、吸收系数和透光率.其中,静态折射率的计算值与实验值吻合得很好,Gd2O2S在可见到红外区的理论透光率的计算值为76.5％.     

钻掺杂锐钛矿二氧化钛能带结构的第一性原理计算

基于第一性原理的密度泛函理论,利用平面波超软赝势方法计算了纯锐钛矿相TiO2及Co掺杂TiO2的晶体结构、带隙、态密度及其光吸收系数。结果表明：掺杂能级的形成主要是Co的3d轨道的贡献,Co的3d轨道分别参与了价带和导带的组成,形成了杂化轨道,并且在价带和导带之间形成了新的杂质能级,缩小了带隙;Co掺杂使TiO2的光吸...     

Mn掺杂对铬酸镧电子结构影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了两种Mn掺杂浓度铬酸镧材料的电子结构与电学性质。电子结构表明:Mn掺杂后晶胞体积变大,电荷密度分布改变;Mn掺杂在带隙中引入了新的能级,使导带底与价带顶发生交叠,带隙消失,随着Mn掺杂浓度的增加,交叠程度加剧,导电性能呈现越来越好的趋势。     

高介电常数高分子复合材料的研究进展

简要介绍了电介质材料的定义、特征及其极化机理,详细阐述了近年来铁电类陶瓷、金属粉末、碳类（石墨、炭黑、碳纤维）粒子填充的复合型聚合物基介电材料的研究和开发进展。在埋入式无源器件、印刷电路板等电子工业领域中,研究具有更高的介电常数、低损耗、耐高温、介电性能在宽广温度和频率范围内基本稳定的聚合物是该类聚合物基介电材料的发展方向。     

失配层钴酸盐与掺镧系列的电子结构与热电性能

用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了失配层钴酸盐Ca3Co4O9及其掺La系列，讨论了电子结构、化学键等与热电性能之间的关系。计算结果表明，Ca3Co4O9的态密度费米能级附近的价带和导带主要由Ca3Co4O9层中的O2p和Co3d原子轨道贡献，Ca3Co4O9的热电性能主要由Ca3CoO3层决定，而与CoO2层无直接联系，这与一般的二元氧化物无热电性能，而三元氧化物可能有较好的热电性能的结论一致。随着掺La量的增加，费米能级处价带和导带之间的能隙首先减小，随之达到最小值，进而又增大。由于能隙直接影响材料的热电性能，因此，存在一个最佳掺杂量以达到热电性能的最佳改善，这与实验结论一致。     

低介电聚合物复合材料发展现状

随着航空、交通以及5G通信领域的快速发展,对聚合物材料的介电性能提出了更高的要求。在大型工业以及科研中,急需开发具有更低介电性能的聚合物材料。聚酰亚胺(PI)、环氧树脂(EP)、氰酸酯树脂(CE)、聚丁二烯树脂(PB)等低介电聚合物在电子通信领域具有较大的发展潜力。综述了PI、EP、CE及PB基复合材料在降低介电常数以及介电损耗等方面的研究进展。降低聚合物介电常数和介电损耗,可以通过生成的空芯或孔隙结构引入空气或者通过降低摩尔极化率,达到改善低介电复合材料介电性能的目的。深入研究了复合材料的介电性能与频率、温度及填料含量的关系,并且提出了关于低介电聚合物基复合材料应用前景和未来发展方向的展望。     

稀土元素(La、Y)掺杂SnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Y)掺杂SnO的电子结构和光学性质,计算结果表明,La、Y掺杂改变了体系的能带结构,未掺杂SnO为间接带隙半导体,La、Y掺杂后均变为直接带隙半导体。掺杂后,导带和价带均下移,费米能级进入导带,提高了体系的导电性能,实现了n型掺杂,La、Y单掺的带隙变窄,共掺体系的带隙变宽。La、Y掺杂后都提高了体系的静态介电常数,扩大了光吸收范围,并出现了新的吸收峰,提高了可见光区域的光催化性,其中共掺体系的变化最明显。La掺杂造成体系的能量损失增大,共掺体系的能量损失最小,且反射率最低,可显著提高掺杂体系的透光率。     

Bi0.6Ca0.4Mn0.2Fe0.8O3的介电性能研究

用溶胶-凝胶法制备了Bi0.6Ca0.4Mn0.2Fe0.8O3样品,通过检测样品的X衍射、介电谱和阻抗谱,对其微观结构和介电性能进行了研究.研究表明:随着频率的增加,样品的介电常数逐渐减小,而随着温度的增加,样品的介电常数逐渐加大.同时发现,通过在Bi0.6Ca0.4MnO3的Mn位进行Fe掺杂,明显的改善了Bi0....     

Mn掺杂对La0.5Ca0.5MnxTi1-xO3介电行为的影响

利用传统的固相烧结方法,成功制备了La和ca,Mn和Ti相互替代的正交钙钛矿相La0.5Ca0.5MnxTi1-xO3(0≤x≤0.6)陶瓷。通过X射线衍射,阻抗分析仪对体系物相结构和介电性能进行了测试分析。结果表明：由于La,Ca和Mn,Ti的共存以及保持电中性的要求,该体系极易受从Mn^4 转变为Mn^3 的作用,在Mn含量不同时引入不同的空位缺陷,当Mn^3 含量与La^3 含量相当时体系中产生的缺陷相对最少,其介电常数最大,反之随两者含量偏差的增大而下降;La0.5Ca0.5MnxTi1-xO3分别在400～450℃和150～300℃之间出现2个介电峰。体系中La^3 和氧空位等产生的p型载流子和Mn离子变价引入的n型载流子在外电场下发生局域重排,产生了载流子极化,并在150～300℃范围被活化。同时由于这两种载流子对温度影响的响应不同,产生了与Mn离子的掺入相关的介电峰。在400～450℃范围,体系出现了相应为正交与立方结构转变的介电峰,也即Curie点。     

Ho掺杂BiFeO_3陶瓷的制备及介电性能

采用快速液相烧结法制备Ho掺杂BiFeO3系列陶瓷样品Bi1–xHoxFeO3(x=0,0.05,0.1,摩尔分数),X射线衍射物相分析表明:样品均为三方钙钛矿结构,掺杂微量的Ho3+可以有效消除样品中的Bi2Fe4O9杂相,获得单相Bi0.95Ho0.05FeO3。用HP4294A精密阻抗分析仪测量样品介电特性随频率、温度及偏置电压的变化关系,结果表明:Ho掺杂样品的室温相对介电常数(εr)比未掺杂的显著提高,测量频率为40Hz时,Bi0.9Ho0.1FeO3陶瓷样品的εr提高了1个数量级;观测到样品的介电峰,掺杂后介电峰向低温移动且强度显著增加,表明Ho掺杂在降低样品反铁磁Néel温度的同时增强了磁电耦合效应。讨论样品εr随偏置直流电压的变化关系,掺杂后出现明显的介电回滞现象,Ho掺杂可提高样品的剩余极化强度,改善样品的铁电性质。     

铅基复合钙钛矿型材料的电子结构和介电性能

采用CASTEP软件对不同B位取代的Pb(BⅠBⅡ)O3材料的电子结构进行计算,从离子价键、电子态密度等方面研究了铅基复合钙钛矿型材料介电性能差别巨大的原因.结果表明:在较大B位离子撑起晶体结构的前提下,较小B位离子的d轨道和O-2p轨道的相互作用是影响弛豫铁电体介电常数的主要因素;计算结果与文献的实验结果一致.说明介电性质与晶体的电子结构直接相关,为进一步从电子结构出发研究此类材料的介电理论模型提供了参考.     

锑掺杂替代铌对α-BZN陶瓷结构和介电性能的影响

研究了Sb~(3+)掺杂替代B位的Nb~(5+)对Bi_(1.5)ZnNb_(1.5-x)SbxO_7系介质材料烧结特性、结构和介电性能的影响。研究结果表明,低熔点锑掺杂能略降低烧结温度至960℃,当锑替代量x≤0.2时,衍射峰向低角度方向移动,样品的相结构与基体α-BZN保持一致;在1 MHz下,介电常数随锑掺杂量而逐渐减小,介电损耗随锑掺杂量而略增大;在-195～150℃,介电常数在低温区存在明显的介电弛豫现象,介电弛豫程度先减小后增大,常温区的温度系数随锑掺杂量增加呈逐渐减小。     

N掺杂锐钛矿二氧化钛光响应红移的模拟计算

利用密度泛函理论(DFT),采用平面波超软赝势方法,模拟计算了掺N锐钛矿相TiO2对能隙、Fermi能级、态密度的影响,以探讨其可见光活性的机理。计算结果表明:表面HOMO和LUMO分别主要由Ti的3d轨道和O、N的2p轨道构成,掺杂出现的N2S态增加了N掺杂的稳定性。并发现N掺杂从两个方面使TiO2材料的带隙变窄:一为N掺杂使Fermi能级移入价带,使带隙变窄;二为在价带的上方引入了独立的能级,在导带下方引入一个宽为0.9 eV左右的能带,这两个掺杂能级使其禁带减小。     

MgO掺杂Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷的制备及介电性能

首先研究了Ti缺失和过量对Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4+x)O_(12)陶瓷粉体(x=-0.005～0.020)相结构的影响,再采用传统固相法制备了MgO掺杂(0～25 mol%)Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷,主要研究了MgO含量变化对Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷晶相结构、显微结构和介电性能的影响。结果表明:x=-0.005～0.005时有少量的CuO杂相存在,当x=0.010时得到了单一的类钙钛矿结构,Ti含量进一步增加出现了少量的TiO_2杂相;随着MgO掺量的增加,晶粒尺寸逐渐增大,在MgO掺量为1 mol%时,体积密度达到最大为4.98 g/cm~3,相对密度为98.76%。陶瓷的室温介电常数和介电损耗均是先增大后减小,在MgO掺量为5 mol%时,陶瓷的介电常数达到最大值1.01×10~5(10 kHz),介电损耗为0.183。在40～100 kHz频率范围内,介电常数均在4.78×10~4以上,具有良好的频率稳定性。