Fe-N-Cr电子结构及耐蚀性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对Fe-N-Cr电子结构和腐蚀机理进行了研究。建立Fe、Cr、Fe-N、Fe-N-Cr晶胞模型并计算其能量、电荷密度、能带结构、态密度、局域态密度等电子结构参数,进而分析高氮不锈钢的耐蚀机理。结果表明,氮固溶后,Fe与N之间存在明显的电荷转移,构成了二者之间的离子键;Fe-N-Cr的能带宽度小于其他两种固溶体,原子轨道扩展性较弱;Fe、Fe-N、Fe-N-Cr的态密度成键峰高度依次增大,成键电子数增加,Fe-N-Cr结构的耐蚀性能最好。     

稀土NdB6光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赝势平面波方法,对稀土NdB_6的电子能带结构、自旋极化态密度和光学性质进行了计算与分析,并在此基础上预测了其太阳辐射屏蔽性能。计算结果表明NdB_6属于金属导体材料,其费米面附件的能带主要由Nd4f和B2p层的态电子构成。利用计算的能带结构和态密度分析了NdB_6的介电函数、反射率和吸收谱及其薄膜透光性能,研究发现NdB_6可用于窗用太阳辐射屏蔽材料。     

稀土NdB_6光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赝势平面波方法,对稀土NdB_6的电子能带结构、自旋极化态密度和光学性质进行了计算与分析,并在此基础上预测了其太阳辐射屏蔽性能。计算结果表明NdB_6属于金属导体材料,其费米面附件的能带主要由Nd4f和B2p层的态电子构成。利用计算的能带结构和态密度分析了NdB_6的介电函数、反射率和吸收谱及其薄膜透光性能,研究发现NdB_6可用于窗用太阳辐射屏蔽材料。     

外压力下TiN电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了fcc-TiN在不同压力下的稳定性以及电子结构。通过焓压计算得到TiN由fcc结构到bcc结构的相变压力值约为350GPa,并研究了fcc-TiN的力学稳定性。对fccTiN以及bcc-TiN的电子结构进行计算,对得到的电荷密度、能带结构以及电子态密度进行综合分析和比较,发现随着压力的增加TiN的金属性降低。     

ZnO氧化物的电子结构与热学性能的研究

采用密度泛函理论基础上的平面波超软赝势第一性原理计算的方法研究了纤锌矿结构热电氧化物ZnO的电子结构和热学性能。电子结构计算结果表明,纤锌矿结构的ZnO存在着约1.0eV的直接带隙,价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小;靠近价带顶的能带中的电子主要为p态电子,靠近导带底的能带中的电子主要为p,d态电子。体系分态密度计算结果表明,费米能级附近的能带主要由Znp,Znd和Op态电子构成,且Znp和Op态电子之间存在着很强的杂化作用。声子态密度及分布计算结果表明,体系晶格振动频率主要集中在3～10THz和10～12THz范围之内,其中振动频率约为11THz的振动模式在体系中数量较多,主要为光学波声子。热电性能理论分析结果表明,ZnO基热电氧化物应该具有较高的Seebeck系数和热电性能。     

Mg2Si与掺杂系列的电子结构与热电性能研究

用离散变分密度泛函分子轨道方法(DFT-DVM)计算了Mg2Si与掺Sb,Te和Ag系列,讨论了电子结构与热电性能之间的关系.掺杂使得离子键和共价键强度降低,在费米能级附近的能隙变小,从而提高材料电导率,降低材料热导率,优化了材料的热电性能.以上结论与实验结果一致.     

钠离子电池负极材料密度泛函理论研究进展

近年来有关钠离子电池的理论计算和实验研究不断增多,其中第一性原理计算的应用及结果引起国内外学者的研究兴趣。综述了密度泛函理论在钠离子电池负极材料中应用的研究进展,主要包括结构模型、电极电势或电池电压、可逆容量、晶格膨胀及其弹性、钠的存在状态、钠离子的扩散行为和电子导电性。随着研究的逐步深入,通过密度泛函理论计算能够给出电极材料可逆储钠性能的系统解释,并在新材料结构和成分设计方面发挥更重要的作用。     

Ca3CO2O6与掺铜体系的量子化学计算

采用离散变分密度泛函方法计算了Ca3Co2O6及掺铜体系,讨论了电子结构、化学键等与热电性能之间的关系.结果表明,一维Co-O链对材料的电学性能起着主导作用,Ca-O之间的弱结合导致材料具有较低的热导率.价带和导带主要由Co3d、Cu3d和O2p原子轨道贡献,价带和导带之间的能隙宽度表现半导体电子结构特征,且掺铜体系的能隙变窄,离子键和共价键减弱.由此推断,掺铜后体系的热电性能将有所改善.     

Ca3Co4O9及其掺Zn体系的电子结构

用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了Ca3Co4O9 及其掺Zn体系的电子态密度,讨论了电子结构、化学键等与热电性能之间的关系.研究结果显示,价带和导带主要由Co3d,Zn3d和O2p原子轨道贡献,价带和导带之间的能隙宽度表现出半导体电子结构特征.掺Zn体系的能隙比不掺Zn的窄,掺Zn体系的共价键和离子键都比不掺Zn的弱.     

CrSi2能带结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）赝势平面波方法，对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算，能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体，禁带宽度为0．353eV,其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定；计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等。经比较，计算结果与已有的实验数据符合较好。     

水冷壁镍涂层Na盐结渣的密度泛函理论研究

通过第一性原理(First principles)的密度泛函理论,利用Material studio的CASTEP模块,计算了不同覆盖度下Na盐在NiO涂层表面不同吸附位的吸附结构、吸附能、差分电荷密度及局域态密度,从原子层面研究通过铁基材料表面Ni涂层减轻结渣的机理。由表面吸附的分析可知,Na在涂层NiO(111)面的吸附稳定位为洞位;由差分电荷密度分析可知,涂层水冷壁表面发生的煤灰粘结过程主要是物理吸附过程;由洞位局域态密度分析可知,计算模型越接近实际模型,Na3s轨道和Ni3d轨道反键态电子越多,成键态电子越少,平均成键电子数越少,Na与Ni之间的相互作用越弱,导致吸附能数值减小,从而说明通过Ni涂层技术可以大大减轻Na盐结渣。     

失配层结构Bi-Ca-Co-O体系的量子化学计算

采用密度泛函离散变分方法计算了[Bi1.68Ca2O4] RS[CoO2]1.69的电子结构以及化学键,讨论了它们与热电性能之间的关系.从计算结果可以看出,Bi钴酸盐的电子结构有明显的半导体特征,在费米能级附近,Co 3d、Bi 6p和O 2p轨道在费米能级附近做主要贡献.在CoO2层中,Co 3d和O2p在费米能级到-4.5 eV的范围内存在极强的杂化作用,而Bi-O/Bi-O层间的价键关系极弱.从原子净电荷及化学键级的计算结果看,Bi钴酸盐材料有明显的各向异性特征,而且在CoO2层与中间层的层间仅存在Ca与O之间的弱结合.这些都将对体系的热电性能产生影响.     

电子强关联对LaMnO_3电子结构的影响

本文利用密度泛函对LaMnO3的电子结构进行了计算。结果表明,LaMnO3反铁磁绝缘基态的形成主要依赖于Jahn-Teller畸变而不是电子强关联,但电子强关联效应对LaMnO3电子结构的影响巨大。为了获得正确的结果,本文计算时考虑了适当的电子强关联修正。通过分析比较,表明在位的库仑能U取3.5eV是一个合理的选择。     

四面体非晶碳结构建模的第一性原理模拟方法

在实验上对非晶材料进行原子尺度研究的手段十分有限,通过模拟的方法可以弥补实验的不足,介绍了一种利用第一性原理对四面体非晶碳进行结构建模的方法。采用基于密度泛函理论的分子动力学方法,对密度范围从2.6～3.2g/cm3的四面非晶碳进行了结构模拟。其中交换相关能量泛函、假想电子质量和冷却速度等模拟参数对结构建模有较大的影响。通过改变这些模拟参数可以获得与实验值接近的结构。     

芳烃体系分子导线的理论研究

在第一性原理的基础上,对芳烃体系与金表面形成的分子线的电学特性进行了理论研究,利用密度泛函理论计算了分子及扩展分子的电子结构;定量计算了分子与金表面的相互作用能和电子跃迁谱;利用弹性散射格林函数法研究了分子线的伏-安特性.计算结果表明:HOMO和LUMO间的禁带宽度、π电子数目、分子与金表面的相互作用以及分子轨道的扩展性等因素都将影响电子在分子线内的输运特性.     

Fe-Al-La电子结构及耐腐蚀性第一性原理研究

材料的电子态密度、能量、能带结构、差分电荷密度以及局域态密度对材料的抗腐蚀性有重要影响。本文基于第一性原理密度泛函平面波赝势法,优化了Fe、Fe-Al、Fe₈Al₈La电子结构,并从态密度、峰值分析了Fe-Al合金耐腐蚀性机理。结果表明,在Fe-Al合金中加入La, Fe与La之间存在明显的电荷转移并形成了离子键,使Fe-Al的能带宽度降低到30.8 eV,表明La减弱Fe-Al原子轨道的扩展性,La使Fe-Al态密度的峰值增大到30.26 electron/eV,成键的电子数逐渐增加,提高了Fe-Al的稳定性和抗耐腐蚀性能,为提高Fe-Al合金的性能奠定一定理论基础。     

Mo原子嵌入对C36结构和性能的影响

用密度泛函方法采用GGA／PW91基组对具有D6h对称性的C36及其衍生物Mo@C36进行结构优化和性能计算，研究Mo@C36稳定构型、存在的可能性及稳定性，以及Mo掺杂对C36结构及性能的影响．结果表明，Mo位于C36主轴上偏离中心约0．1nm时，Mo@C36能量最低，结构最稳定；Mo掺杂引起笼的局部畸变，但Mo@C36仍保持完整笼型结构，其稳定性比C36有所提高．Mo原子嵌入C36使其禁带宽度增大，导电性及化学反应活性降低；费米能级下降，但仍处于禁带之间，二者均属半导体性质的材料．C36结构及性能的变化与Mo所处的位置及Mo与C36笼之间的电子迁移有关．     

Fe掺杂BaTiO3的第一性原理研究

基于密度泛函理论的全势缀加平面波十局域轨道方法,对Fe掺杂BaTiO3的电子结构进行了计算,研究了Fe掺杂BaTiO3的铁磁性.在BaTiO3陶瓷材料中掺杂适量铁元素,不仅可以改善材料的介电性质,又能赋予材料复合性质,可使材料产生新的功能特性—铁磁性.为研究其微观机制,计算了纯BaTiO3的电子结构,超胞体系BaTi0.5Fe0.5O3的电子结构,计算结果表明由于Fe的掺杂使材料具有了磁性,从Fe和O的态密度图比较能够看出Fe的3d电子和O的2p电子存在轨道杂化现象,表明共价键、离子键共存.     

CdO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了CdO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了CdO材料电子结构与光学性质的内在关系.所有计算都是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdO材料的能量损失函数、介电函数、反射谱,理论结果与实验符合,通过电荷密度差分图分析了CdO材料的化学和电学特性,为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制该类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

高压下超导体FeSe电子结构的第一性原理研究

从头计算了高压下超导体FeSe体相的性质,参数设定和性质计算都基于密度泛函理论,交换相关能采用GGA,泛函形式为PBE,原子间相互作用的描述采用超软赝势。计算发现压力使FeSe4四面体发生畸变,Fe的3d轨道劈裂为t2g轨道和eg轨道,并且Fe的d轨道劈裂能在一定压力范围随压力增加而变大,其中t2g电子具有空穴的导电特征,eg电子为电子导电特征;在费米面附近Fe的3d电子的态密度与总能态密度几乎相等,说明物质的超导电性源于同一层之间的Fe2+的相互作用。