稀土元素掺杂AgSnO_2触头材料的第一性原理理论研究（英文）

AgSnO_2触头材料中Ag具有良好的导电性,SnO_2具有较高的热稳定性。但是,SnO_2是一种宽禁带半导体,近乎绝缘,使得AgSnO_2触头材料的电阻较大。通过对SnO_2进行掺杂,使SnO_2由绝缘改性为导电,能有效改善AgSnO_2的电性能。采用第一性原理研究了稀土元素La、Ce、Nd掺杂后的电子结构,对纯SnO_2和掺杂SnO_2的晶体结构、能带结构、态密度进行了分析对比。晶格数据表明,稀土元素掺杂SnO_2引起的晶格畸变与掺杂原子的共价半径大小有关。能带结构表明,稀土掺杂可使Sn O_2的导带向低能端移动,带隙变窄,即导电性提高,且La掺杂时的带隙最小。电子态密度表明,稀土元素特有的f态电子对费米能级处的导带贡献很大,即稀土元素掺杂能提高AgSnO_2触头材料的导电性,且La掺时的费米能级处的态密度值最大。     

Sr-F共掺杂对AgSnO_2电性能影响的仿真分析

采用第一性原理下的密度泛函理论,通过Materials Studio中的CASTEP模块计算Sr-F共掺杂SnO_2能带结构、态密度、差分电荷密度及电荷布居数,以研究共掺杂对改善AgSnO_2导电性能的影响。结果表明,共掺杂后的材料仍为直接带隙半导体材料;Sr的3d态与F的2p态共同作用于费米能级附近的价带部分,同时F的2p态作用于导带;使得价带顶穿过费米能级,导带底向费米能级处靠近,即禁带宽度减小,载流子由价带激发到导带所需的能量减小,使SnO_2的导电性能得到提高。     

La掺杂AgSnO_2触头材料导电性能的第一性原理分析

Ag SnO_2是一种较为理想的Ag Cd O替代材料,但由于其中SnO_2近乎绝缘,使得触头材料的接触电阻增大,故改善SnO_2的导电性是急需解决的重大难题。采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法,通过建模的方法,分别建立不同比例(50%、25%、16.67%、12.5%、8.34%)La掺杂的SnO_2晶胞模型,并计算分析其晶格常数、电荷布居、能带结构和态密度等性质。结果表明,La掺杂后触头材料中的SnO_2仍属于直接带隙半导体材料,但其禁带宽度变小,载流子浓度变大,使得材料的导电性增强。当La掺杂比为16.67%时导电性最佳。     

第一性原理研究金红石相Ti0_2:F和Sn0_2:F的电学性能（英文）

采用第一性原理方法研究了金红石相TiO_2:F和SnO_2:F的电学性能。计算结果表明,TiO_2:F比SnO_2:F具有较低的形成能,说明F在金红石相TiO_2中掺杂更容易实现。然而,SnO_2:F的导带底主要由s和p电子态构成,而TiO_2:F的导带底主要由d电子态构成,这使得TiO_2:F的导带底更加平坦,使其具有更大的载流子有效质量。同时F在TiO2中的电离率更小,使得TiO_2:F中载流子浓度更少。从而在理论上预测金红石相TiO_2:F不适合做TCO材料。     

Ru掺杂Zr基二元氧化物的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似计算了萤石相ZrO_2及掺杂Ru形成的复合氧化物的晶体结构、电子结构、内聚能以及Bader电荷。结果表明:萤石相ZrO_2和RuO_2的点阵参数与文献报道的数值基本相符。萤石相ZrO_2中掺入Ru后,体系的晶胞形状发生微小变形且晶胞体积减小;体系由直接带隙半导体转变为间接带隙半导体,带隙从3.06 eV减小至1.03 eV。对比Ru掺杂前后ZrO_2的内聚能、态密度和Bader电荷变化发现,Ru掺杂后体系的离子性增强,共价性减弱。     

铝电解用掺杂SnO2基惰性阳极导电模型

采用 CNDO/2量子化学计算方法,计算 SnO_2基惰性阳极掺入不同掺杂剂后化学成键特征的变化,提出了一个新的掺杂 SnO_2基惰性阳极的导电模型。采用改进的四探针法测定电极材料的导电率,表明所提出的导电模型能很好地解释和预测二元 SnO_2基惰性阳极的导电性。     

直流电弧等离子体法制备In(Sn)-O及Sn(In)(Sb)-O系纳米颗粒（英文）

采用一种新的直流电弧等离子体法,通过对熔融的金属进行爆破(或气化),制备出了单相SnO_2、In_2O_3纳米颗粒以及In_2O_3:Sn(ITO)、SnO_2:Sb(ATO)和SnO_2:In:Sb(IATO)多元复合纳米颗粒。XRD结果表明,所制备的SnO_2和In_2O_3基多元复合纳米颗粒均为单相结构,没有其它杂相;TEM结果表明,直流电弧等离子体所制备的单相纳米颗粒分散性好,尺寸20～50 nm。该法合成的纳米ITO和ATO颗粒所制备的ITO靶材和SnO_2电极密度高、电阻率低,表明所制备的ITO和ATO纳米颗粒可以应用于平板显示和导电电极领域。     

(CuO, Fe2O3)掺杂Ag/SnO2电接触材料的物理性能

以CuO、Fe_2O_3为掺杂剂,采用机械合金化方法结合冷压-烧结-热压工艺制备(CuO, Fe_2O_3)掺杂Ag/SnO2电接触材料。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、金属电阻率仪、热导率仪和霍尔效应测量仪等分析了不同掺杂比例Ag/SnO_2电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明:热压可显著改善电接触材料中SnO_2颗粒与Ag基体的界面结合;CuO和Fe_2O_3单一掺杂可分别提高Ag/SnO_2电接触材料的导电性能和导热性能,而复合掺杂的Ag-11.5SnO_2-0.3CuO-0.2Fe_2O_3电接触材料的导电导热性能最佳,其电阻率为2.25μΩ·cm,硬度(HV_(0.5))为748MPa,在室温下的热扩散系数和热导率分别为111.4 mm~2/s和338.6 W/(m·K)。复合掺杂的SnO_2增强相对Ag基体的平均润湿角为62.7°,界面润湿效果好;SnO_2与Ag晶粒之间界面结合良好,SnO_2(200)晶面与Ag(111)晶面的界面晶格错配度为14.25%。     

钛基锡锑氧化物电极掺杂改性及应用研究进展

电催化氧化水处理技术是近年来发展起来的一种有效处理难降解有机废水的方法,钛基锡锑氧化物涂层阳极(Ti/SnO_2-Sb)因其对有机污染物具有较高的电化学氧化活性而受到关注。综述了稀土金属、非稀土金属、碳纳米管(CNTs)等物质掺杂改性Ti/SnO_2-Sb电极的研究进展。简述了掺杂剂影响Ti/SnO_2-Sb电极电催化活性、电流效率和电极寿命的作用机理;介绍了Ti/SnO_2-Sb及其改性电极降解有机污染物的应用研究情况;展望了今后Ti/SnO_2-Sb电极涂层掺杂改性及应用研究值得关注的方向。     

稀土元素掺杂AgSnO2 的电子结构与弹性常数研究

AgSnO_2触头材料中的SnO_2是一种高硬度并且近乎绝缘的宽禁带半导体材料,使得触头材料的电阻增大,加工成型困难,用稀土元素La、Ce、Y掺杂SnO_2可以改善触头材料的性能。基于密度泛函理论的第一性原理,运用平面波超软赝势法,对SnO_2和掺杂稀土元素的SnO_2进行电子结构和弹性常数的计算。结果表明,掺杂可以提高导电性能、降低SnO_2的硬度,其中添加稀土元素La的SnO_2的硬度最小;Y掺杂SnO_2的硬度较小、导电性最高且普适弹性各向异性的指数最小。     

稀土元素掺杂AgSnO2 触头材料的第一性原理理论研究

AgSnO2触头材料中Ag具有良好的导电性,SnO2具有较高的热稳定性.但是,SnO2是惊种宽禁带半导体,近乎绝缘,使得AgSnO2触头材料的电阻较大.通过对SnO2进行掺杂,使SnO2由绝缘改性为导电,能有效改善AgSnO2的电性能.采用第惊性原理研究了稀土元素La、Ce、Nd掺杂后的电子结构,对纯SnO2和掺杂SnO2的晶体结构、能带结构、态密度进行了分析对比.晶格数据表明,稀土元素掺杂SnO2愌起的晶格畸变与掺杂原子的共价半径大小有关.能带结构表明,稀土掺杂可使SnO2的导带向低能端惕动,带隙变窄,即导电性提高,且La掺杂时的带隙最小.电子态密度表明,稀土元素特有的f态电子对费米能级处的导带贡献很大,即稀土元素掺杂能提高AgSnO2触头材料的导电性,且La掺时的费米能级处的态密度值最大.     

La掺杂的SnO2-Sb中间层对钛基IrO2+Ta2O5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。     

N-Al共掺杂TiO_2电子结构及光学性质的理论研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究N和Al单掺杂和共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构、能带结构、态密度及光学性质。结果表明,掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长、晶胞体积都发生了不同程度的变化;单掺杂和共掺杂均使得禁带宽度减小,而且位于价带和导带之间的杂质能级能够捕获由价带跃迁至导带的电子,减少光生载流子的复合率,提高TiO2的光催化性能;与单掺杂相比,共掺杂能级分裂较明显,吸收光谱红移幅度更大。     

化学镀制备的纳米Ag/SnO_2复合粉末的烧结性能研究

采用化学镀法制备出具有包覆结构的纳米Ag/SnO_2复合粉末,并通过粉末冶金工艺制备AgSnO_2复合块体材料。对包覆型纳米复合粉末的烧结性能和致密化行为进行研究。分析了相关工艺参数对复合材料致密度、硬度以及导电率等性能的影响。结果表明:化学镀法制备的纳米Ag/SnO_2复合粉末具有较好的包覆结构且粒径较均匀,但存在一定量的吸附杂质,经650℃预烧处理后可去除大部分杂质。经真空烧结后可获得比未预烧样品更高的致密度、硬度和导电率。     

Ta掺杂IrO2活性氧化物电子结构的DFT分析

Ta掺杂的Ir-Ta-O是电化学工业中具有代表意义的电极材料。采用基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加平面波中的广义梯度近似方法,对金红石型Ir8O16和Ta掺杂的Ir7Ta1O16复合氧化物的晶体和电子结构进行计算。结果表明,IrO2的结构数据与文献报导相吻合。掺 Ta的Ir7Ta1O16存在2种不同结构,二者晶体结构参数、系统总能和电子结构很接近。Ta掺杂可使Ir8O16晶胞体积增大,使体系相对稳定。掺Ta的(Ir,Ta)O2与IrO2类似,也体现金属的导电特性。Ta原子比Ir原子失电子能力强,掺杂后Ta原子周围的电子向O原子转移,为体系提供了更多的离子键。     

S掺杂2H-CuGaO2结构与性能的第一性原理研究

基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法,研究不同浓度S掺杂对2H-CuGaO₂能带结构和电子特性的影响规律。结果表明,掺杂后2H-CuGaO₂仍是间接带隙半导体,且带隙值随着掺杂浓度增加而增加;掺杂过程形成费米能级,对2H-CuGaO₂导电性产生影响。     

Nb、Al共掺杂MoSi2弹性性质的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了Nb、Al共掺杂MoSi2晶体的电子结构、弹性常数和Mullikan布居数。结果表明,Nb、Al共掺杂可大幅提高MoSi2的韧性和导电性,当Nb和Al共掺杂量达到x=0.25时,MoSi2的弹性模量从408.86GPa降低到261.30GPa。MoSi2的电子态密度和Mullikan布居数分析表明,Nb和Al掺入后MoSi2电子态密度发生蓝移,费米能级处的电荷密度增加,体系的导电性能提高。掺杂后Mo-Al、Nb-Si键布居数减小,键长增大,原子间的共价性减弱,而Al-Si键间的共价性增强。晶体中各方向键长和键能的分布趋于对称化,MoSi2晶体韧性增强。     

Ti/Mn(0.8-x)SnxIr0.2O2电极的电容性能研究

采用热分解法制备了Ti/Mn_(0.8-x)SnxIr_0.2O_2三元氧化物电极材料。通过扫描电子显微镜,X射线衍射、循环伏安和交流阻抗谱等分析了Ti/Mn_(0.8-x)Sn_xIr_0.2O_2电极材料的组织结构和电容性能。结果表明:随SnO_2含量增加,氧化物涂层中正方结构Mn_3O_4相逐渐减少,正方结构SnO_2相逐渐增加。与锰铱二元氧化物相比,SnO_2的加入可明显改善电极材料在0~0.5 V区间的电流响应,并促进氧化锰活性的发挥,但在一定程度上也抑制了氧化铱的活性。SnO_2的加入也改变了电极材料的电荷转移电阻、弛豫时间常数、以及不同频率下的电容响应速度。相比其它电极材料,Ti/Ir_0.2Mn_0.6Sn_0.2O_2电极材料在低频范围(≤1 Hz)有更好的电容响应和更高的活性,因而获得最高的比电容值。     

Nb掺杂LiFePO4电子结构的第一性原理研究

采用基于DFT的第一性原理方法,研究Nb掺杂LiFePO4锂离子电池正极材料的电子结构,并进行能带结构、电子态密度、布居和差分电荷密度性质等分析。结果表明:Nb掺杂后体系结构稳定,带隙降低,由于Nbd轨道电子的作用,使费米面附近能带数增加,更有利于电子传递,使电子电导率增加,充放电速率提高;Li-O键键长明显变大,有利于Li离子的扩散。虽然掺杂量大,带隙下降多,但会影响Li离子的扩散,尤其是在Li位掺杂时。综合考虑掺杂量不需要太大。     

Ti/Ru_(0.4)Sn_(0.6-x)Mn_xO_2氧化物电极的电容特性

采用热分解法制备Ti/Ru_(0.4)Mn_(0.6-x)Sn_xO_2(x=0,0.3,0.6)三元氧化物电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)、交流阻抗谱(EIS)和恒流充放电分析Ti/Ru_(0.4)Sn_(0.6-x)Mn_xO_2电极材料的组织结构和电容性能。结果表明:三元氧化物电极中Sn O_2的加入能抑制Ru O_2表面析出,且有利于形成Ru-Mn-Sn-O固溶体氧化物;而Mn O_2的加入可以降低氧化钌的结晶度。三组元相互配合降低离子扩散阻力,提高活性材料的利用率,从而提高Ti/Ru_(0.4)Mn_(0.6-x)Sn_xO_2电极材料的电荷存储能力。Ti/Ru_(0.4)Mn_(0.3)Sn_(0.3)O_2三元电极的比电容可达682 F/g,约为Ti/Ru O_2-Sn O_2和Ti/Ru O_2-Mn O_2二元氧化物电极的2~3倍。