Ti掺杂β-Ga2O3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Ti 掺杂β-Ga₂O₃系统的电子结构和光学性质。计算结果表明,Ti 替代八面体的Ga(2)时系统形成能最低,容易在实验上合成;Ti掺杂在导带底附近引入了浅施主能级,极大地提高了β-Ga₂O₃系统的导电性。Ti 掺杂时稳定体系倾向于自旋极化态,且费米面处自旋极化率接近100%。光学性质的计算结果显示,Ti 掺杂β-Ga₂O₃是极具潜力的n型紫外透明的半导体。     

掺杂单层MoS_2电子结构的第一性原理计算

采用第一性原理研究Cu,Ag,Au掺杂单层MoS_2的键长畸变、能带结构和态密度。探讨Cu,Ag,Au掺杂对单层MoS_2电子结构的影响。结果表明:Cu,Ag,Au在S位掺杂的杂质能都低于在Mo位掺杂的杂质能,其在S位掺杂的体系的稳定性强于在Mo位掺杂的体系。在S位掺杂时,杂质与最近邻的Mo,S原子的键长都发生了畸变,畸变率最大的是dAu-Mo,达23.8%。与单层MoS_2的超胞相比,掺杂体系的禁带中出现了4条新能级,导带和价带的能量向低能区移动。杂质原子周围存在着电荷聚集,同时也存在电荷损失。     

Ti2GeC电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一原理的方法研究了Ti2GeC的电子结构和弹性性质.从电子结构中可以看出,Ti2GeC中存在着共价键、离子键和金属键3种键.在态密度和Mulliken布居分析中有赝能隙和电荷转移.还得到了体模量、杨氏模量、切变模量、泊松比和德拜温度等物理参数.各向异性参数表明了Ti2GeC在压缩和剪切上主要呈现出各向同性.     

Ni掺杂PtAl2合金电子结构的第一性原理计算

采用第一性原理的密度泛函理论方法从杂质形成能、电荷布居、电子结构等几个方面研究了PtAl2合金的掺杂效应。结果发现,Ni置换Pt元素掺杂形成能的绝对值要低于Ni置换A1的掺杂形成能。进一步从电子结构分析,两者在费米面附近的电子主要是由Pt的4p电子轨道,Ni的3d电子轨道以及部分Al的3p电子轨道上的电子贡献,但前者在费米能附近的反应剧烈程度要高于后者,这说明在PtAl2合金的掺杂中,Ni元素更容易置换Pt原子与Al生成NiAl合金。     

金属元素掺杂α-Fe(N)体系的电子结构及力学性能的第一性原理计算

基于第一性原理研究 M(M =Ti,V,Cr,Mn,Co和Ni)掺杂α-Fe(N)的结合能、电子结构及力学性能。计算结果表明,Ti和V优先占据晶胞的顶角位置,Cr和Mn优先占据晶胞的体心位置,Co和Ni与N不相邻时结构最稳定。Ti与V的掺杂加强了晶胞的稳定性,Cr, Mn与Ni的掺杂削弱了晶胞的稳定性,Co的掺杂不影响晶胞的稳定性。这些过渡金属在α-Fe晶胞中均存在金属键和离子键的共同作用,成键轨道主要来自 M 3d, Fe4s3p3d与N2p。与纯α-Fe体系相比,掺杂体系刚性均变强,经计算可得α-Fe(N)-V体系的弹性模量 E 、剪切模量 G 和体积模量 B 均为最大值,即掺杂V可显著提高材料的力学性能,V是最有效的固氮元素,与高氮钢冶炼的实验结果相吻合。     

正交FeH5结构、力学和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)对在300 GPa下正交Cmca-FeH5晶体的结构、力学及结构电子特性进行理论研究.获得了Cmca-FeH5的晶格常数和键长,计算结果与之前的理论数据相符合;计算分析了其能带结构和电子态密度,表明压强为300 GPa时Cmca-FeH5呈弱金属性;采用能量-应变(E-S)和应力-应变(S-S...     

Ti3SnC2电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函数理论框架下的第一性原理研究了Ti3SnC2的电子结构,利用GGA-PW91基组对Ti3SnC2晶体结构进行了优化,并计算了Ti3SnC2的能带结构、总态密度和各原子的分态密度.对能带和总态密度的计算结果表明,Ti3SnC2在费米能级处电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时材料的导电性为各向异性.Ti3SnC2各原子的分态密度图的计算结果表明,其导电性主要由Ti2的3d电子决定,Ti1的3d态电子、Sn的5p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d、Sn的5p和C的2p态电子的p-d电子轨道杂化,而p-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构.     

Hf1-xSixN及HfSixN1-x结构和力学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了二元的fcc-HfN和三元分散相fcc-Hf1-xSixN及fcc-HfSixN1-x的原子结构、电子结构与弹性性质。计算提供了HfN和置换固溶体Hf1-xSixN及HfSixN1-x的晶格常数、内聚能、弹性常数和电子态密度。结果表明,HfN及其固溶体Hf1-xSixN、HfSixN1-x都呈现出金属性,并且其加Si后更具金属性,HfSixN1-x的力学性能有所改善,Hf1-xSixN的综合性能(除C44基本不变外)有所下降,随着x的增大这种趋势越发明显,这些是由于电子结构的改变引起的。     

Ti2SiC在高压下结构、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Ti_2SiC在高压下的结构、弹性和电子性质。结果表明,随着外压的增大,Ti_2SiC的晶格常数a、c和体积V均减小,且a比c减小幅度更大,表明Ti_2SiC在a轴方向比c轴方向更容易被压缩,体现了该材料的各向异性。计算分析了Ti_2SiC的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等弹性性质,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Ti_2SiC在0~50GPa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Ti_2SiC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0~50GPa范围内压力对Ti_2SiC的态密度性质影响较小。     

锂离子电池层状正极材料第一性原理计算新进展

对近几年来第一性原理计算在以LiCoO_2为代表的锂离子电池层状正极材料研究方面的应用进行了综述。主要包括LiCoO_2的结构与电化学性质研究、其他LiMO_2正极材料的研究、掺杂改性和多元材料的研究等方面。较详细地介绍了它们的研究过程,讨论了取得的成果,分析了研究特点。在对上述研究内容进行简要评述的基础上阐述了继续开展相关研究的领域。     

基于第一性原理研究Heusler合金Fe2CuGa的结构和性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理,系统研究了Heusler合金Fe2CuGa的结构、磁性、弹性性能和电子性质.计算结果表明:立方相的基态结构是铁磁态的Hg2CuTi结构.立方到四方的相变几乎是体积不变的,这是形状记忆合金的特性.奥氏体和马氏体的磁矩分别是4.48和4.56μB/f.u..另外,预测了Fe2CuGa的弹性系数.Fe2CuGa的立方结构在力学上是不稳定的而四方结构是稳定的.根据体模量和剪切模量的比值,发现Fe2CuGa在本质上是可延展的.利用态密度的方法解释了Fe2CuGa马氏体相变的来源.     

高压下Zr2AlC电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了三元层状化合物Zr2AlC在不同压力下的电子结构。在0~40GPa的压力范围内,Zr2AlC沿c轴的压缩性较a轴更容易,晶格的内坐标z随压力的增加而增加。对能带结构和电子态密度分析表明,能带随着压力的增加将会展宽,费米能级处的电子态密度减少,金属性减弱。在Zr2AlC中还表现出一定共价键和离子键特性,其中共价性随压力的增加而增强。     

氧和硒掺杂对单层二硫化钼电子结构与光电性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了氧和硒掺杂对单层二硫化钼电子结构与光电性质的影响.结果表明,单层二硫化钼属于直接带隙半导体,其带隙宽度为1.64 eV.单层二硫化钼的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;同时通过氧和硒掺杂,使单层二硫化钼的禁带宽度变窄,光吸收特性增强,研究结果为二硫化钼在光电器件方面的应用提供了理论基础.     

OsSi2电子结构及介电性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了硅基异质外延的OsSi_2的电子结构和介电性能。结果表明,在1.010nm≤a≤1.030nm范围内,OsSi_2始终为间接带隙的能带结构,且带隙值随晶格常数a的增大而逐渐减小;当晶格常数a为1.020nm时,体系处于稳定平衡态,此时OsSi_2具有0.625eV的间接带隙能量值;OsSi_2的价带主要由Os的5d、5p和Si的3s、3p态电子构成,导带主要由Si的3s、3p和Os的5d、6s态电子构成;OsSi_2在外延稳定平衡态及其附近的介电函数实部和虚部变化趋近一致,与块体OsSi_2相比,OsSi_2在外延稳定平衡态下的介电函数曲线相对往低能区飘移,OsSi_2的介电峰减少且介电峰强度明显增强。     

新型Mg-8Li-5Al-5Ca合金的微观组织、力学及耐腐蚀性能

设计了新型高钙铝比Mg-8Li-5Al-5Ca合金,通过常温拉伸、失重法、pH测定和电化学测试等方法研究了合金的常温力学性能和耐腐蚀性能。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了基体和腐蚀产物相结构、合金显微组织以及腐蚀形貌。研究结果表明,这种镁锂合金形成Al2Ca相包围双基体(α-Mg+β-Li)的结构,挤压后基体组织和第二相粒子均明显细化。Mg-8Li-5Al-5Ca合金的耐腐蚀性能优于一般镁锂合金,且随着挤压比的增大进一步提升。该合金的力学性能协调了镁锂合金的优良塑性和高钙铝比镁合金的高强度,拥有较高的抗拉强度(222 MPa)和延伸率(8.3%)。     

Pt-M(M=Fe, Co, Ni)金属间化合物电子结构和弹性性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt-M(M=Fe,Co,Ni)各金属间化合物的结构、能量、电子结构和弹性性质。首先对Pt-M(M=Fe,Co,Ni)金属间化合物进行几何优化,对其能带结构、总态密度、分态密度、键合特征和弹性性质进行研究,并计算各金属间化合物的结合能与生成焓。计算所得晶格参数与实验值和文献计算值吻合。PtFe_3的生成焓最小,结合能最大,说明PtFe_3较其他合金相更稳定、键合力更强。通过对Pt-M(M=Fe,Co,Ni)的能带结构和电子态密度进行计算,分析了其结构稳定性的物理本质。PtFe_3-t中Pt-Fe和Fe-Fe键相比其他合金相键长较短且电荷密度较高,说明PtFe_3-t中Pt-Fe和Fe-Fe键的键能比其他合金相大,所以PtFe_3-t合金相的结构稳定性最好。对Pt-M(M=Fe,Co,Ni)弹性性质的研究表明PtFe_3为脆性相,PtFe、Pt3Fe、PtCo、Pt_3Co、PtNi和PtNi3为延性相,其中Pt_3Co的塑性最好,PtFe_3-t有较高的弹性模量,其原子间结合力相对较强,材料的强度较大。     

Piezoelectric properties of Sr3Ga2Ge4O14 single crystals

A new piezoelectric single crystal, Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄ (SGG), has been grown successfully by the vertical Bridgman method with crucible-sealing technique. SGG crystal up to 2″ in diameter has been obtained. The relative dielectric constants, the piezoelectric strain constants, elastic compliance constants and electromechanical coupling factors have been determined with resonance and anti-resonance frequencies method by using the impedance analyzer (Agilent 4294A). The results show that the piezoelectric strain constants and electromechanical coupling factors of SGG single crystal are higher than those of LGS single crystals making it a potential substrate material for surface-acoustic wave applications.     

Nb2O5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响

为研究Nb_2O_5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响机理,以富铁白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,采用熔融工艺制备了添加质量分数0%~4%Nb_2O_5的透辉石基矿渣微晶玻璃。DTA、XRD、SEM和力学测试结果表明,Nb_2O_5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于辉石相界,其含量随Nb_2O_5添加量升高而增大。同时辉石主晶相从类菊花状枝晶组织转变成平均尺寸逐渐减小的圆角岛状组织。微晶玻璃的抗折强度平均为207 MPa,当Nb_2O_5质量分数为2%时最高,达236 MPa。