高压下BeP2 晶体结构与物性的理论研究

将密度泛函理论第一性原理的计算方法与晶体结构预测CALYPSO软件相结合,在0～100 GPa下对BeP₂的结构进行预测,研究了其在高压下的结构与物性.预测结果表明:在常压下, α -BeP₂相为立方结构,其空间群为I41/amd, 该结果与实验所得结构一致.当压强为30.1 GPa时, α -BeP₂相发生结构相变,由α -BeP₂相转变为β -BeP₂相,其结构转变为四方结构,空间群为P4₃2₁2.当压强为35.4 GPa时, β -BeP₂相发生结构相变,由β -BeP₂相转变为γ -BeP₂相,其结构转变为正交结构,空间群为Imma.在相变过程中,晶体结构体积发生坍塌,坍塌率分别为7.1%和10.9%, 属于一级相变.电子性质计算表明:在0 GPa下, α -BeP₂结构的带隙为0.457 eV; 在30.1 GPa下, β -BeP₂结构的带隙为0.957 eV, 为窄带隙半导体; 在35.4 GPa下, γ -BeP₂结构在费米面处其导带与价带发生交叠,具有金属性.     

基于第一性原理计算Ag-HfSe2对SF6/N2分解产物的吸附性能

在实际运行中,潜伏性缺陷产生的局部放电是导致SF₆/N₂气体绝缘金属封闭开关设备绝缘事故的重要原因,局部放电检测是预警设备绝缘故障的重要手段。气体组分分析法是局部放电检测的一种有效方法,而特定金属掺杂的HfSe₂因其良好的吸附性能而在气体传感器中得到广泛应用。基于第一性原理,搭建了一种吸附式掺杂过渡性金属原子Ag掺杂在HfSe₂晶体表面的结构,计算了局部放电的主要产物N₂O、CS2、H₂S和NO₂在其表面的吸附能、电荷转移量和解吸时间等相关参数,结果表明：Ag-HfSe₂对H₂S和NO₂为化学吸附,对N₂O和CS2为物理吸附。Ag-HfSe₂对H₂S和NO₂两种气体的响应灵敏度高,且在常温下对H₂S的解吸时间和在348 K温度下对NO₂的解...     

高压下CoSb3的结构相变及其电子性质

基于第一性原理计算研究了CoSb₃在0～100 GPa范围内的相变行为.研究表明:当压强为25.3 GPa时, CoSb₃的结构由Im - 3相(常压下)转变到P - 1相; 当压强为32.8 GPa时, CoSb₃的结构由P - 1相转变为I - 42m相.计算CoSb₃晶体结构的声子显示, Im - 3相、 P - 1相和I - 42m相在各自的压强范围内其动力学均具有稳定性.计算CoSb₃的能带结构结果显示, Im - 3相在Γ对称点的带隙为0.224 eV, P - 1相、 I - 42m相在费米表面附近其导带和价带重叠,且均为金属相.计算CoSb₃晶体结构的电子局域函数显示,在3个相的结构中Co原子和Sb原子之间均存在极性共价键.计算CoSb₃晶体结构的Bader电荷转移显示, Co原子是受主, Sb原子是施主,即电荷从Sb原子向Co原子转移.     

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...     

2BaTiO3/1SrTiO3/1CaTiO3超晶格的纵向挠曲电系数计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了由²BaTiO₃/¹SrTiO₃/¹CaTiO₃所构成的超晶格材料的纵向挠曲电系数。构建了三种超晶胞构型,钛酸钡、钛酸锶和钛酸钙的层数比都为2：1：1,并且保持超晶胞的总层数为16层。对三种超晶胞构型,分别施加余弦应变,分析超晶格中各原子的位移和应变,以及每种构型的纵向挠曲电系数。结果表明,构型Ⅱ的纵向挠曲电系数可达5.63 nC/m,比单晶BaTiO₃、单晶SrTiO₃材料分别提升了16倍和6倍。本文的研究结果对遴选纵向挠曲电系数的材料具有较好的指导意义。     

利用理论与实验结合确定WB2的晶体结构

过渡金属硼化物一直作为多功能硬质材料被广泛应用于工业生产中,但目前尚有一些材料的晶体结构受到争议。这些材料利用常规的测试方法（XRD、EDS等） 不能对其进行区分,需要利用复杂且昂贵的测试手段来确定。合成纯相的材料也是一个难题,这对样品晶体结构的确定带来了更大的麻烦。利用高温高压法合成了曾经具有争议晶体结构的WB₂。利用理论和实验相结合的方法确定了其晶体结构为WB₂而不是W₂B₅。 此种方法对确定具有争议晶体结构材料的晶体结构具有重要的指导意义。     

高压下Ca(BH_4)_2晶体结构相变的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的赝势平面波方法,研究了高压下Ca(BH_4)_2的相变行为.研究结果表明,当压强点为3.72GPa时,高压相β-Ca(BH_4)_2的空间群为P4结构,相变时伴随4.4%的体积坍塌.电子态密度分析表明,Ca(BH_4)_2是具有5.0eV带隙的绝缘体.根据电荷转移和密立根布局分析表明,Ca(BH_4)_2在相变时电荷主要由Ca原子向BH_4单元转移,Ca~(2+)与[BH_4]-单元之间存在离子相互作用,单元内部B与H原子间形成共价键.     

一维链状化合物｛(C2H10N2)[Mo3O10]｝n的水热合成、晶体结构与表征

在水热条件下合成了一维链状结构多金属氧酸盐化合物{(C2H10N2)[Mo3O10]}n,并用IR、TG-DSC和单晶X-ray衍射等手段进行了表征。结果表明,化合物属于单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数a=0.808 40(2)nm,b=1.446 50(3)nm,c=0.891 50(2)nm,α=90°,β=98.140(2)°,γ=90°,V=1.031 97(4)nm3,Z=4,Dc=3.282g/cm3,R1=0.027 9,wR2=0.072 9。化合物分子结构单元由一个质子化乙二胺和一个[Mo3O210-]阴离子构成。[Mo3O210-]中相邻的MoO6八面体相互作用形成一维无限链状结构,毗邻的单链相互缠绕形成双链结构。热性质研究表明,标题化合物热稳定性较好,在290℃才开始有热失重的发生。同时,又将该化合物修饰到电极上,研究了其电化学行为。     

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.     

合金元素Cu对α-Al2O3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-Al2O3中Al3+的掺杂晶胞模型与纯净α-Al2O3晶胞模型,通过第一性原理计算模拟拉伸试验方法（FPCTT）研究了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了合金元素Cu对陶瓷材料α-Al2O3的影响作用与机理。研究发现：纯净α-Al2O3晶胞在应变为0.18时达到理论拉伸强度（55.51GPa）,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40.33GPa,其断裂方式为脆性断裂。结果表明：纯净的α-Al2O3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,而合金元素Cu的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-Al2O3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。     

中国及境外天山铅锌成矿作用与找矿方向

中国及境外天山铅锌矿床多有发现,如哈萨克斯坦Tekeli、Shalkiya和Achisai,乌兹别克斯坦Kurgashinkan和Uchkulach,塔吉克斯坦Altyntopkan,中国新疆乌拉根、彩霞山、阿齐山、阿尔恰勒等大型—超大型铅锌矿床,构成了天山巨型铅锌成矿带。这些铅锌矿床形成于怎样的地球动力学背景?铅锌成矿的基本地质特征是什么?有哪些重要成矿类型?受何要素控制?未来找矿突破方向在哪里?这些都是颇受关注的地质找矿问题。在广泛矿产地质调查和综合分析前人研究成果的基础上,将中国及境外天山作为整体,综述了天山造山带构造演化和重要铅锌成矿环境、典型矿床特征与成矿系统/成矿类型,总结了天山地区铅锌成矿演化过程,并分析了区域铅锌成矿特点与找矿突破方向。结果表明:天山造山带经历了前寒武纪古陆形成、洋-陆俯冲增生、陆-陆碰撞造山和陆内成盆4个地球动力学过程,先后出现了元古宙古陆边缘裂陷盆地、古生代洋-陆俯冲增生岛弧、晚古生代陆-陆碰撞造山与中—新生代山前/山间盆地4类重要铅锌成矿环境。在元古宙古陆边缘裂陷盆地环境,主要受同生断层、还原性细碎屑岩-碳酸盐岩建造等控制,形成了古陆边缘裂陷盆地铅锌成矿系统与SEDEX型铅锌矿床; 在古生代洋-陆俯冲增生岛弧环境,主要受弧岩浆活动、断裂构造、地层等控制,形成了增生岛弧铅锌成矿系统与矽卡岩型、斑岩型、岩浆热液脉型、VMS型铅锌矿床; 在晚古生代陆-陆碰撞造山环境,主要受被动陆缘海相碳酸盐岩、张性开放空间、逆冲推覆构造等控制,形成了碰撞造山铅锌成矿系统与MVT型铅锌矿床; 在中—新生代山前/山间盆地环境,主要受盆地三元结构、油气运移与红层“漂白”、硫酸盐岩等控制,形成了山前/山间盆地铅锌成矿系统与砂岩型铅锌矿床。由此可见,天山地区存在多种铅锌成矿环境和不同铅锌成矿系统与成矿类型,其铅锌成矿表现出长时间、多期次、多类型叠合成矿和一定继承性的演化特点。尽管沉积岩容矿铅锌矿床(包括SEDEX型、MVT型和砂岩型)在全球铅锌矿产资源中占据主导地位,而在天山地区增生岛弧铅锌成矿系统则占有更为重要的地位,特别是北天山岛弧带,哈萨克斯坦—伊犁板块南、北缘和中天山地块应该给予高度重视。与此同时,哈萨克斯坦—伊犁板块北缘与东天山中天山地块元古界SEDEX型铅锌找矿、境外中天山地块北缘与南天山造山带古生代被动陆缘碳酸盐岩地层MVT型铅锌找矿、新疆西南天山山前/山间盆地砂岩型铅锌找矿前景良好,也仍值得持续关注。     

Preparation and structure characteristics of nano-Bi2O3 powders with mixed crystal structure

The nano-Bi2O3 powders were prepared by a chemical precipitation method with Bi(NO3)3, HNO3 and NaOH as reactants. The structural characteristics and morphology of nano-Bi2O3 powders were investigated by X-ray diffraction and transmission electron microscopy, respectively. The results show that under the optimum condition that 300g/L Bi(NO3)3 reacts at 90℃ for 2 h, the Bi203 powders with 60 nm on the average and 99.5% in purity are obtained. The prepared nano-Bi2O3 powders contain a mixed crystal structure of monoclinic and triclinic instead of traditional structure of monoclinic α-Bi2O3. And the mixed crystal structure is stable in air. The reason for the appearance of the mixed crystal structure may be that the ionic radius ratio of Bi^3 to O^2- changes easily during the formation of nano-Bi2O3 particles by a chemical precipitation method.     

Valence electron structure and properties of stabilized ZrO2

To reveal the properties of stabilizers in ZrO₂ on nanoscopic levels, the valence electron structures of four stable ZrO₂ phases and c-ZrO₂ were analyzed on the basis of the empirical electron theory of solids and molecules. The results showed that the hybridization levels of Zr atoms in c-ZrO₂ doped with Ca and Mg dropped from B17 to B13, the hybridization levels of Zr atoms in c-ZrO₂ doped with Y and Ce dropped from B17 to B15, and that the four stabilizing atoms all made the hybridization levels of O atoms drop from level 4 to level 2. The numbers of covalent electrons in the strongest covalent bond in the descending order are c-ZrO₂>Zr_0.82Ce_0.18O₂>Zr_0.82Y_0.18O_1.91>Zr_0.82Mg_0.18O_1.82>Zr_0.82Ca_0.18O_1.82. The bond energies of the strongest covalent bond and the melting points of the solid solutions in the descending order are Zr_0.82Ce_0.18O₂> c-ZrO₂>Zr_0.82Y_0.18O_1.91>Zr_0.82Mg_0.18O_1.82>Zr_0.82Ca_0.18O_1.82. The percentages of the total number of covalent electrons in the descending order are c-ZrO₂>Zr_0.82Y_0.18O_1.91> Zr_0.82Ce_0.18O₂>Zr_0.82Mg_0.18O_1.82> Zr_0.82Ca_0.18O_1.82. From the above analysis, it can be concluded that the stabilizing degrees of the four stabilizers in the descending order are CaO> MgO>Y₂O₃>CeO₂. Supported by the Major Project of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 90505015)     

SnO2 - CdO复合薄膜的制备及其光电性能研究

使用射频磁控溅射技术,以原子百分比为4:1和1:4的SnO₂和CdO制备了SnO₂- CdO复合薄膜.XRD分析表明, SnO₂- CdO(4:1)复合薄膜为SnO₂(310)和Cd₂SnO₄(011)的混合相多晶结构,且结晶性能良好.随着氧流量的增加,薄膜的择优生长方向由SnO₂(310)转变为Cd₂SnO₄(011).薄膜在可见光和近红外光范围内的最高透过率达到95%和91%, 最高平均透过率达到87%和85%, 光学带隙在3.80～3.90 eV范围内变化.电阻率随着薄氧流量的增加而下降,最低为0.133 Ω·cm.薄膜的厚度约为330 nm, 其表面由大量分布均匀的球形颗粒组成.原子百分比为4:1的SnO₂- CdO复合薄膜的光电性能优于原子百分比为1:4的SnO₂- CdO复合薄膜.     

First-principles investigation of the phase stability of MgAl2 compounds

First-principles have been calculated to investigate the phase stabilities of the intermetallic phase of MgAl2 compounds by electronic structures and the charge distribution maps.The first-principles e...     

First-principles calculation of dehydrogenating properties of MgH2-V systems

Based on experimental results in which VH_0.81/MgH₂ interface was found during the process of mechanically milling MgH₂+5at%V nanocomposite, a VH/MgH₂ interface is designed and constituted in this work. A first-principles plane-wave pseudopotential method based on Density Functional Theory (DFT) has been used to investigate the vanadium alloying effects on the dehydrogenating properties of magnesium hydride, i.e., MgH₂. A low absolute value of the negative heat of formation of VH/MgH₂ interface compared with that of MgH₂ indicates that vanadium hydrides befit to improve the dehydrogenating properties of MgH₂. Based on the analysis of the density of states (DOS) and the total valence electron density distribution of MgH₂ before and after V alloying, it was found that the improvement of the dehydrogenating properties of MgH₂ caused by V alloying originates from the increasing of the valence electrons at Fermi level (E _F) and the decreasing of the HOMO-LUMO gap (ΔE _H-L) after V alloying. The catalysis effect of V on dehydrogenating kinetics of MgH₂ may attribute to a stronger bonding between V and H atoms than that between Mg and H atoms, which leads to nucleation of the α-Mg at the VH/MgH₂ interface in the MgH₂-V systems easier than that in pure MgH₂ phase.     

超临界二氧化碳高压涡轮气动设计及性能

为建立高性能超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环系统,基于西安热工研究院的5 MW等级SCO2火力发电试验平台的高压涡轮设计参数,采用基于Denton损失模型的自编一维涡轮设计程序、AXIAL软件及AXCENT软件设计了2级轴流超临界二氧化碳涡轮,采用CFX软件RANS方程与NIST的真实超临界二氧化碳工质物性数据相结合的数值方法,研究了超临界二氧化碳高压涡轮设计工况和变工况气动特性.结果表明:综合考虑高设计参数下的超临界二氧化碳涡轮辅助系统的可实现性,选择两级轴流直叶栅涡轮设计方案,经叶型优化后可实现两列涡轮静叶的总压损失约为0.042,第1/第2列动叶栅相对总压损失为0.050和0.064,叶片的根部、中部和顶部流场的马赫数分布合理.考虑动静叶泄漏掺混损失的高压涡轮的等熵效率可达到84.88%,轴功率3 251 k W,涡轮变工况性能良好.     

Preparation and upconversion luminescence properties of LaF3∶[KG-*2]Yb3+,Er3+／SiO2 nanocomposites with core／shell structure

LaF3:Yb3 +,Er3 + nanoparticles were successfully synthesized using solvothermal treatment,and LaF3:Yb3 +,Er3 +/SiO2 core/shell nanoparticles were also prepared with reverse microemulsion technique.The...