钢/铝添加粉末激光焊接头界面组织与性能

基于密度泛函理论的第一性原理,利用层技术构建钢/铝激光焊接的Fe/Al界面模型,研究金属原子X(X=Sn,Sr,Zr,Ce,La)置换Fe/Al界面模型中Fe(Al)原子的合金形成热及其体系电子结构。结果表明:Sn,Sr,Ce优先置换Fe/Al界面处的Al原子,而La,Zr优先置换Fe/Al界面处的Fe原子,合金化促进Fe/Al界面电子在不同轨道之间的转移,增强Fe-Al的离子键性能,提高Fe/Al界面结合能力,改善Fe/Al界面的脆性断裂,其中Sn的合金化效果最显著。在此基础上,进行1.4mm厚DC51D+ZF镀锌钢和1.2mm厚6016铝合金试件添加Sn,Zr粉的激光搭接焊实验,结果显示:添加粉末可促进焊接熔池的流动性,改变接头界面成分和显微组织,添加Sn粉激光焊钢/铝接头的抗拉强度327.41MPa,伸长率22.93%,较添加Zr粉和未添加粉末有了明显提高。     

BexZn1-xO合金和Mg掺杂BexZn1-xO合金特性的理论研究

利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了对16个原子的BenZn8-nO8和Mg1BenZn7-nO8超胞进行了几何结构优化,计算了总能.从理论上给出了BeO的能带结构、态密度;BexZn1-xO合金的晶格常数、能带弯曲系数,差分电荷密度;BexZn1-xO合金的稳定性以及Mg掺杂BexZn1-xO合金的特性.计算结果表明:BexZn1-xO合金非常稳定;晶体结构参数与实验相符,并基本符合Vegard's law(维加德定律);能带弯曲系数非常大(5.6eV左右);掺入适量的Mg原子不仅可以解决晶格失配问题、增大band off-set(能带偏移),还可以提高BexZn1-xO合金的稳定性;Be原子成为间隙杂质的可能性很小.BexZn1-xO合金可以作为ZnO/MgxZn1-xO超晶格和量子阱的最佳材料.     

铁修饰二碲化钼吸附氮化物的气敏特性研究

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了毒害性气体NO、NO₂和NH₃在铁修饰MoTe₂(Fe-MoTe₂)单分子层上的吸附和传感行为，探究其作为电阻型化学气体传感器的潜力。首先，研究了Fe修饰在单层MoTe₂上最稳定的几何构型和电子行为。结果表明，Fe原子掺杂剂可以稳定地吸附在单层MoTe₂表面T_Mo处，修饰后体系的带隙减小并且电子密度增加，产生2.00μ_B磁矩。其次，Fe-MoTe₂对NO、NO₂和NH₃气体的吸附能分别达到了-3.13 eV、-2.27 eV和-1.19 eV，总态密度图(DOS)以及分波态密度图(PDOS)的分析验证了Fe原子修饰对气体吸附性能的影响。能带结构和差分电荷密度分析为Fe-MoTe₂作为电阻型化学气体传感器提供了基本传感机理。最后，灵敏度分析表明Fe-MoTe₂     

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。     

基于第一性原理的Ⅷ型Ba8Ga16-xAlxSn30(x=0,6,16)笼合物结构稳定性及电子结构性质

基于密度泛函的第一性原理从理论上探索Ba₈Ga_16-xAl_xSn₃₀(x=0,6,16)笼合物的电子能带结构和结构稳定性。结果表明,Al置换Ga后笼合物的晶格常数增加,当Al部分置换Ga时笼合物结构稳定性增强;Ba₈Ga₁₀Al₆Sn₃₀笼合物由于费米能级附近能带较密集会表现出较好的电传输特性;在费米能级附近,Ba₈Al₁₆Sn₃₀具有较高的态密度,且态密度线更陡峭,这有利于提高材料的Seebeck系数,然而也可能引起材料结构的稳定性下降。这些结果为进一步研究Ba8Ga16Sn30笼合物提供较好的理论指导。     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

BezZn1—xO合金和Mg掺杂BexZn1-xO合金特性的理论研究

利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了对16个原子的BenZn8-nO8和MglBenZn7-nO8超胞进行了几何结构优化，计算了总能。从理论上给出了BeO的能带结构、态密度；BexZn1-xO合金的晶格常数、能带弯曲系数，差分电荷密度；BexZn1-xO合金的稳定性以及Mg掺杂Be，Zn1-xO合金的特性。计算结果表明：BexZn1-xO合金非常稳定；晶体结构参数与实验相符，并基本符合Vegard’S law（维加德定律）；能带弯曲系数非常大（5．6eV左右）；掺入适量的Mg原子不仅可以解决晶格失配问题、增大band off-set（能带偏移），还可以提高BexZn1-xO合金的稳定性；Be原子成为间隙杂质的可能性很小。BexZn1-xO合金可以作为Zn0／MgxZn1-xO超晶格和量子阱的最佳材料。     

LaNi4.5Mn0.5储氢合金及氢化物的电子结构

基于密度泛函理论,采用总能量计算方法与结合超软赝势平面波函数方法,对LaNi4.5Mn0.5储氢合金及其氢化物的晶体几何结构进行了优化,计算了其相应的总体能量、晶体结构、能带结构、及态密度分布等,从理论上给出了其结构参数及性质.结果表明,锰取代3g位后合金晶胞略有膨胀,并伴随着晶体稳定性变差.LaNi4.5Mn0.5合金中EF附近的态密度贡献最主要来自La的p电子,以及Ni和Mn原子的d电子.     

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。     

EDTA溶胶-凝胶法制备LSGM8282和LSGMF5及其性能比较

采用EDTA络合溶胶-凝胶法合成了中温固体氧化物燃料电池的电解质LSGM8282(La0.8Sr0.2Ga0.8-Mg0.2O3-δ)和LSGMF5(La0.8Sr0.2 Ga0.8Mg0.15Fe0.05O3-δ),比较了LSGM8282和LSGMF5的比表面积、交流阻抗谱、电导率、密度、XRD和FT-IR等,研究了Fe掺杂对LSGM8282性能的影响.结果表明,Fe掺杂使LSGM8282离子的电导率由3.62×10-2S/cm提高到5.21×10-2S/cm,致密度由95.13%提高到97.93%.由此可见,Fe的掺杂使LSGM8282的各种性能均得到一定提升,LSGMF5比LSGM8282更适合作中温SOFC电解质材料.     

钒微合金钢中α-Fe/V4C3界面结构与稳定性的第一性原理计算

为了探讨α-Fe/V₄C₃的界面稳定性,利用第一性原理平面波赝势方法优化(100)_α-Fe/(100)_V4C3三种不同原子堆积序列(Fe-on-C,Fe-on-V和Bridge)的界面构型。通过界面分离功分析α-Fe/V₄C₃界面的结构稳定性,计算三种构型的界面分离功分别为4.29,1.43,2.70 eV,分离功越大表明界面稳定性越强,在α-Fe中析出的V₄C₃主要以Fe-on-C构型存在,其界面稳定性最强。通过态密度,差分电荷密度和电子局域化函数研究α-Fe/V₄C₃的电子结构性质。结果表明：在Fe-on-C构型中,界面处Fe原子存在电荷贫化区,丢失的电荷转移到界面处,由于C原子具有强电负性,在界面处形成较强的混合离子/共价键,并且Fe和C原子的键合作用明显强于Fe和V原子。通过总态密度和分波态密度发现,Fe-d轨道与C-p轨道在－4.5~－2.5 eV的区域内发生电子轨道杂化,形成Fe—C共价键。     

Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

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。     

La、Sb共掺杂SnO 2电性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,使用软件构建了Sb、La单掺杂与共掺杂SnO_2的超晶胞模型,几何优化并计算分析其晶体结构、能带结构、态密度及布居。结果显示:与单掺杂比,La-Sb共掺后的热稳定性最高,仍是直接带隙材料。Sb的5s、5p态和La的5p态在导带底引入杂质能级,使得导带下移,带隙变小,载流子跃迁所需的能量减少;共掺杂时电子共有化程度最高,电子转移加剧。共掺杂后SnO_2材料的导电性能改善最好,分析结果可作为后续材料发展的理论依据。     

多相ZrO2几何结构及电子结构第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论投影缀加平面波,使用广义梯度近似处理交换关联势能,深入研究了弛豫多相 ZrO2几何结构特征及电子结构。研究发现,单斜、四方和立方 ZrO2能带间隙分别约为3.47 eV、3.96 eV 和3.36 eV。近费米能级态密度分析结果表明,多相 ZrO2的基本性质均由 O 2p 态电子和 Zr 4d 态电子决定。     

Y(In、Zn、Cu)掺杂Ⅷ型Sn基笼合物Ba8 Ga16 Sn30的第一性原理研究

Ⅷ型笼合物因独特的结构表现出电子晶体-声子玻璃特性,通过元素掺杂,笼合物热电性能可获得进一步提升。元素掺杂可以优化材料能带结构和态密度分布,但对于热电性能提升机制并不明确。根据第一性原理对Ⅷ型Sn基笼合物晶格参数、能带结构、态密度等进行计算,同时结合In、Zn、Cu等元素对笼合物掺杂计算的结果,从能带结构角度阐明元素掺杂对笼合物材料热电性能的影响。研究表明,In、Zn、Cu等元素掺杂都提高了材料的体模量,降低了材料的带隙,In、Zn、Cu的掺杂在引入杂质能级的同时改变了材料框架原子的电子分布,从而优化了材料的热电性能。然而不同掺杂元素在s、p、d层的电子分布不同导致材料总体能带结构差异明显。     

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。     

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.     

La、Bi共掺杂Ag/SnO2触头材料导电性能的理论分析

通过CASTEP软件计算了La、Bi共掺杂SnO2的电子结构和导电性能,分析了晶格常数、能带结构、态密度和电荷布局。分析结果表明,共掺杂后的材料仍为直接带隙半导体材料,共掺杂后晶胞体积增加,La的5p和Bi的6s、6p电子态进入导带部分,使导带底向低能端移动,费米能级进入价带顶,带隙变小,载流子只需较小的能量就可以从价带跃迁至导带,与La,Bi单掺杂相比,SnO2的导电性进一步增强。该仿真结果与已有的实验结果相互验证,为获得导电性优良的Ag/SnO2触头材料提供了理论支持。