高压下立方形AgMgF3钙钛矿的力学、热力学和电子性质研究

采用密度泛函理论的超软赝势平面波方法，系统地研究了高压下AgMgF₃晶体的结构、力学、热力学和电子性质.研究表明，零温零压下AgMgF₃晶体的晶格常数、体弹模量均与文献值符合很好；不同压强下AgMgF₃晶体均表现出了良好的延展性，并随压强的增大而增大.根据立方形晶体力学稳定条件，预测出了立方形的AgMgF₃的相变点约为54.36 GPa.通过分析不同压强下立方形的AgMgF₃晶体的各项异性特性，发现其各项异性程度随着压强的增大而增大.利用准谐近似德拜模型，研究了AgMgF₃晶体热力学性质，包括体积、热容、热膨胀系数α、相对德拜温度与温度和压强的关系.同时，研究了不同压强下AgMgF₃晶体的电子态密度和能带结构，研究表明，AgMgF₃均保持为间接带隙半导体化合物，且带隙值整体呈现增大的趋势.相关研究为AgMgF₃晶体的进一步的实验及应用研究提供一定的理论指导.     

反钙钛矿晶体Sc3AlN电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的分子动力学方法,对立方反钙钛矿Sc3AlN的电子结构和光学性质进行了计算．系统分析了Sc3AlN电子结构和成键情况,并利用计算的能带结构和态密度分析了Sc3AlN的介电函数实部和虚部以及由它们派生出来的光学常数,即折射率、反射谱、吸收谱、光电导率和能量损失函数等．计算结果表明Sc3AlN属于导体材料,其价带主要由Al的2s2p,Sc的3d态电子构成,导带主要由Sc的3d态电子构成,静态介电常数ε1（O）=22．1,折射率n（0）=4．7．     

立方SrZrO3电子结构和光学性质的研究

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,计算了立方SrZrO3的电子结构和光学性质。计算结果表明立方SrZrO3为间接带隙钙钛矿型复合氧化物,计算得到的最小带隙为3.33eV。计算并分析了立方SrZrO3的复介电函数、复折射率、吸收系数、反射率、损失函数和光电导率,计算得到静态介电常数为3.40,折射率为1.86,吸收系数的最大峰值为468431.8cm1,反射峰的最大值为0.472,理论计算结果与其他文献结果基本一致,并利用分子轨道理论解释了立方SrZrO3电子结构和光学性质之间的关系,这为立方SrZrO3的应用提供了理论参考数据。     

Cu掺杂ZnSe光电性质的第一性原理计算

为研究Cu掺杂对ZnSe晶体的光电性能的影响,采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿ZnSe掺杂Cu前后的电子结构和光学性质.比较了掺杂前后的电子能带结构、总态密度、分态密度、吸收光谱和介电函数.研究结果表明:ZnSe本体为直接带隙半导体.掺杂Cu后,ZnSe晶体表现出明显的金属性.本征吸收区明显向低能端移动,约位于0.9~6.0eV.吸收系数明显降低33%.在低能端产生了新的价电峰,可以吸收较低能量的光子.     

苯甲酸单晶的制备及晶体结构、能带结构和光学性质的第一性原理计算

合成了化合物苯甲酸(C6H5COOH),并通过X射线单晶衍射对其结构进行了测定。该化合物属于三斜晶系,P1-空间群,晶胞参数为a=0.515 6(8)nm,b=0.552 1(8)nm,c=2.204 9(3)nm,α=97.19°,V=0.622 8(16)nm3,Z=18。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法的CASTEP计算模块研究了苯甲酸晶体的基态性质,包括几何优化后的态密度、能带结构和基本的光学函数。利用精确计算的能带结构和态密度,分析了苯甲酸单晶材料的反射谱、吸收谱和介电函数,为苯甲酸单晶材料在光、电领域的应用提供了理论依据。     

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.     

β-FeOOH/U-g-C3N4异质结的制备及光电催化析氢性能

通过两步合成法合成了新型的β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结光催化剂。首先通过热聚合制备超薄g-C₃N₄（U-g-C₃N₄）样品,然后通过超声技术以U-g-C₃N₄和FeCl₃·6H₂O为前驱体制备β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结。系统研究了铁盐种类、前驱体质量比、pH值和超声时间等合成条件对β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结光催化析氢性能的影响。具有最佳析氢性能的β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的比表面积为47.7 m²·g^-1,是U-g-C₃N₄的3倍;与U-g-C₃N₄相比,β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的能带隙从2.70 eV降低到2.02 eV,吸收边带从472 nm红移至583 nm。另外,光催化制氢反应中β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的Tafel斜率为87.2 mV·dec^-1,低于U-g-_C3N₄的147.4 mV·dec^-1和β-FeOOH的156.8 mV·dec^-1。结果表明复合产物较U-g-C₃N₄具有更高的光电催化活性。光电催化活性提高应归因于β-FeOOH和U-g-C₃N₄形成了异质结,界面电子通过碳物质可以更高效地转移,同时产生了较多的活性反应位点。因此,通过超声法将β-FeOOH和U-g-C₃N₄复合是一种制备较高光电催化活性且稳定的光电催化材料的有效策略之一。     

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.     

Ge-Ⅲ亚稳相光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Ge-Ⅲ亚稳相的电子结构和光学性质。Ge-Ⅲ相晶体是一种直接带隙半导体（带隙为0.46 eV）。对光学函数的计算表明,Ge-Ⅲ相晶体是一种具有高介电常数和高折射率的晶体。其静介电常数ε1（0）和静态折射率n（0）分别为33.9和5.82,大于相应的Ge-Ⅰ相晶体的值（16和4.0）。光子能量在2.38-14.9 eV（等离子体能量Ep）范围内,ε1（ω）〈0,整个晶体显示金属性;在高频透明区（能量大于Ep）,ε1（ω）〉0,显示介电性。从光吸收谱上看,Ge-Ⅲ相晶体的主要光吸收区位于整个可见光及部分紫外光谱区,在能量为4.51eV处达到最大值2.77×10^5cm^-1。Ge-Ⅲ相晶体的透过率在0-0.46eV范围可达0.5,表明它可作为一种红外光学材料。在高能区（大于14.9 eV）,反射率随能量的增加而骤减,透过率随能量的增加急剧增大,整个晶体表现出紫外透过的特征。能量损失谱上只有一个特征峰位于14.9 eV,对应于Ge-Ⅲ相晶体的等离子体能量。     

As代P点缺陷对KDP晶体近紫外光损伤的影响

通过基于第一性原理的CASTEP软件计算发现,KDP晶体中As代P点缺陷的形成能约是4.0 eV,说明晶体中比较容易形成这种点缺陷.通过模拟点缺陷形成前后晶体的电子结构和能态密度发现,As替代P后,晶体能带宽度变为6.2 eV,这有可能会造成晶体对波长为355 nm的双光子吸收.As替代P后,As—O四面体体积增加,有利于金属离子以填隙的方式进入晶体,间接影响晶体光损伤阈值.     

退火温度对锆酸铅薄膜光学性能的影响

用溶胶-凝胶法在石英玻璃基片上成功地制备了PbZrO3(PZ)薄膜．X射线衍射分析结果表明晶化好的PZ薄膜,是多晶钙钛矿结构．750℃晶化的薄膜,晶粒尺寸为30～50nm．用紫外-可见光分光光度计在波长200～900nm范围内,测量了不同温度退火的PZ薄膜的透射率,结果表明450、600、750℃退火的薄膜样品,其光学吸收边分别为4．11、4．56、4．59eV．     

具有方钠石笼型结构AlB3C3化合物的第一性原理研究

碱金属和碱土金属笼型化合物因其优异的电学和力学性质一直吸引着科研工作者的目光。本工作应用第一性原理计算,系统地探索了具有方钠石笼型结构AlB₃C₃化合物的晶体结构、电子性质和力学性质。计算结果表明：常压下AlB₃C₃ 的晶格常数为a = 4.731 ?,能带附近有能带穿过费米面显示其金属性,B-C笼型框架中B原子和C原子形成了很强的sp3杂化共价键。此外,AlB₃C₃ 化合物力学稳定,体弹模量B0为228 GPa。本工作拓展了人们对金属强共价键笼型硼碳化合物的认识。     

超软赝势方法对V/TiO2薄膜电子态密度的计算

根据密度泛函理论和＂总体能量—平面波＂超软赝势方法计算了V3＋和V4＋掺杂金红石矿相纳米TiO2的能带结构和电子态密度,分析了V3＋和V4＋掺杂对W/TiO2晶体电子结构和光学吸收带边的影响.还对V3＋和V4＋掺杂的TiO2电子态密度进行了比较分析.     

ATaO_3（A=K,Na）电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理广义梯度近似（GGA）下的全电势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法计算出立方相ATaO3（A=K,Na）的电子能带结构、态密度,发现了其光学性质.通过对两种材料的对比分析发现,KTaO3和NaTaO3价带顶均出现在0.15089eV处,KTaO3的导带底在2.02849eV处,NaTaO3的导带底在2.27339eV处,NaTaO3比KTaO3的导带底高,因而禁带宽度较大;NaTaO3中Ta5d电子和O2p电子之间的轨道杂化比KTaO3中的轨道杂化弱,Na的粒子性较K更强,因此,NaTaO3的光催化活性明显大于KTaO3.     

氯化甲胺对甲胺铅溴钙钛矿单晶的钝化

为了减少甲胺铅溴(MAPbBr₃)钙钛矿单晶的表面缺陷以提高其光电性能,采用氯化甲胺(MACl)的异丙醇溶液对机械打磨后的MAPbBr₃单晶进行钝化。通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)、时间分辨光致发光衰减谱(TRPL)、X射线衍射图谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)对MACl钝化后的MAPbBr₃单晶的结构与形貌进行表征和分析;采用钝化后的单晶制备光电探测器,考察MACl钝化对MAPbBr₃单晶的光电性能的影响。结果表明：经MACl钝化,机械打磨后的MAPbBr₃单晶表面重新结晶,载流子寿命增大约4.5倍,在形貌优化的同时有效减少了单晶的表面缺陷。氯离子的引入改变了单晶表面的晶格间距与能带结构,增大了单晶与电极之间的势垒,可使暗电流减少2个数量级,光暗电流比提高1个数量级,探测率提高近5倍。MACl钝化法简易高效,成本低廉,为MAPbBr₃钙钛矿单晶高性能光电探测器的开发应用提供了可行性方案。     

晶体Si能带的密度泛函及第一性原理计算

针对晶体Si在二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路中的应用与其能带结构密切相关的问题,采用密度泛函理论及第一性原理的赝势平面波方法,从理论上计算了晶体Si的电子能带.计算结果表明：Si的晶格常数为0.540nm,与实验参考值相吻合;其价带宽度为11.80eV,导带宽度为9.58eV,该结果与其他学者用OPW方法所计算的结果相符合;价带与导带之间的禁带宽度为0.80eV,进一步说明了Si是良好的半导体材料.     

溶胶凝胶法制备LiTaO3薄膜

用溶胶凝胶法在FTO导电玻璃基片上沉积LiTaO₃薄膜,采用TG-DTA、SEM、XRD、UV-Vis光谱法分析薄膜的表面形貌、结晶性能和光学性能。结果表明,650 °C下退火的薄膜具有在(006)晶向上强烈的择优取向性,表面形貌均匀致密,薄膜裂纹减少,杂质LiTa₃O₈峰的半高峰宽和光学带隙E_g明显受到薄膜结晶性能的影响,光学带隙值E_g随着杂质LiTa₃O₈半高峰宽的降低而增加,LiTaO₃薄膜的光学带隙E_g蓝移从3.87 eV增加到3.91 eV。     

二维AlC纳米片吸附有毒气体的第一性原理研究

基于密度泛函理论研究有毒气体（SO₂、NO₂、NO、CO、H₂S、NH₃和HCN）在二维碳化铝（AlC）纳米片上的吸附性能,并进一步计算各种吸附体系的电子性质以及功函数. 计算结果表明:吸附气体后AlC单层并未改变其金属性,吸附能的变化区间为[?3.11,?0.09] eV,除CO和HCN外,其他气体均可以通过化学吸附被稳定地吸附在AlC单层上;电荷分析表明,被吸附后,NO₂、NO和SO₂分别从AlC单层上得到0.473|e|,0.317|e|和0.249|e|;电荷密度差分图也进一步说明AlC单层与NO₂、NO和SO₂这3种有毒气体间存在较强的相互作用,并且SO₂、NO₂和NO在吸附后,体系的功函数明显增加. 基于AlC单层吸附有毒气体后能量、电子性质和功函数的响应,AlC单层有望成为SO₂、NO₂和NO等有毒气体的检测材料或传感材料.     

Mn掺杂c-ZrO2电子和光学性质的第一性原理研究

基于DFT+U第一性原理计算,预测了过渡金属锰（Mn）掺杂立方氧化锆（c-ZrO₂）体系的电子和光学性质。当c-ZrO₂中的Zr原子被Mn原子取代后,体系的电子态密度图表明体系的带隙减小,同时价带顶的电子密度明显增加使得价带展宽约5%。在自旋向上通道中,费米面附近的电子密度源于Mn 3d电子与O 2p电子的强烈混合,使得掺杂体系具有半金属铁磁性能,这也可能是引起体系带隙减小的原因。本研究还表明,通过Mn掺杂,体系折射率明显增加,在约为2.8 eV 低能区域形成新的坡度陡峭的光吸收峰,这一发现使Mn掺杂c-ZrO₂用作光吸收材料成为可能。通过Zener双交换机制解释了体系的铁磁性能,该理论也曾用于解释其他化合物;同时也探讨了体系的电子结构和光学性质之间的联系。     

高压下BaN2晶体结构的物理性质

基于第一性原理的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法,在0～100 GPa压力下研究了BaN₂晶体的相变行为及其物理性质.研究发现:在常压下BaN₂晶体为α -BaN₂相结构,其空间群为C2/c; 压力为31 GPa时,晶体结构由α -BaN₂相转变为β -BaN₂相,其空间群为P2₁/c.计算α -BaN₂相和β -BaN₂相的能带结构显示, α -BaN₂相具有金属特征, β -BaN₂相具有半导体性质.计算Bader电荷转移显示,电荷从Ba原子向N原子转移,其中N原子是受主, Ba原子是施主.