超临界水流化床内煤气化过程建模与仿真(2):气化反应动力学模型及气化规律

本文成功建立了煤超临界水气化动力学模型,其中包括煤在超临界水中热解、液化、固相残碳及液化产物的蒸汽重整等均相和非相反应。该动力学模型能准确反应煤在超临界水中气化特征。在前述第一部分工作的基础上,耦合该气化动力学模型,对煤在超临界水流化床中气化过程进行了建模。通过该模型研究了宽温度参数范围下反应器内典型反应速率、反应组分分布演变规律,揭示了反应器内部化学反应特征与气化规律。研究加深了对超临界水流化床内煤气化过程的认识,对超临界水流化床反应器的优化、放大以及实际运行具有指导意义。     

Li掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论平面波超软赝势方法研究了p型Li掺杂的纤锌矿结构ZnO的能带结构、态密度和电荷分布,并分析了Li掺杂ZnO的电输运性能.结果表明,Li掺杂ZnO具有1.6eV的直接带隙,且为p型半导体,体系费米能级附近的态密度大大提高,在导带和价带中都出现了由Li电子能级形成的能带,其费米能级附近的能带主要由Li的s态、Zn的p态、Zn的d态和O的p态电子构成,且他们之间存在着强相互作用.电输运参数和电输运性能分析结果表明,Li掺杂的ZnO氧化物价带和导带中的载流子有效质量均较大;其载流子输运主要由Li的s态、Zn的p态和O的p态电子完成;Li掺杂有望改善ZnO的电输运性能.     

氧化锌的高压电子结构、光学性质与电性能的理论研究北大核心CSCD

基于密度泛函理论从头计算法,研究了500GPa外压力条件下纤锌矿结构ZnO氧化物的晶格结构、电子结构、光学性质和导电性能。计算分析结果表明,在500GPa外压力下,ZnO氧化物的晶格对称性保持不变,晶格参数减小,Zn—O键长和O—Zn—O键角均减小,但不同方向上材料的可压缩性不同;ZnO氧化物的带隙类型仍为直接带隙,其宽度增加到1.65eV;费米能级附近的能级数量减少,态密度降低,电子在不同能量区域的局域化趋势明显;ZnO氧化物的光吸收向高能量范围扩展,低能量光学吸收降低,高能量光吸收增强。分析结果表明,500GPa的外压力下,ZnO氧化物费米能级附近的载流子浓度、有效质量和迁移速率均降低,其电性能降低。     

不同维度ZnO能带结构和电子态密度的研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法来研究不同维度ZnO的能带结构和电子态密度.参考实验上的ZnO晶格参数构建不同维度的ZnO模型并进行结构优化后再计算能带结构和电子态密度.研究结果表明二维和三维ZnO都属于直接带隙半导体且二维ZnO的禁带宽度大于三维ZnO;从三维变到二维,ZnO的电子局域化程度变高且Zn 3d轨道电子从能量较低的能级向能量较高的能级跃迁.本文的研究展示了二维和三维ZnO能带结构和电子态密度的异同,为二维ZnO基的器件研究提供了一定的理论参考价值.     

立方(Ba0.5Sr0.5)TiO3高压诱导带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了 (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ (BST) 晶体在高压下的电子结构及能带变化行为. 研究结果发现,随着压强的增加,BST能带间隙先增加,在压强为55 GPa时达到最大值,然后减小,这些有趣的结果将有助于开发与设计新的BST铁电器件. 进一步地,通过电子态密度和密度分布图的研究分析可知:在低压区域(055 GPa),则是出现的离域现象占主导(电子的离域作用超过键态的作用),从而使带隙减小. 关键词： 钛酸锶钡 第一性原理 高压 能带间隙     

p型Na掺杂各向异性ZnO的电子性质与热电输运性质

采用密度泛函理论的第一性原理计算研究了p型Na掺杂各向异性ZnO的能带结构、光学性质、介电性质、总态密度和不同原子的分态密度,并系统分析了其热电输运性质。计算分析结果表明,p型Na掺杂ZnO为p型直接带隙半导体,其带隙增大到1.3eV,其对于光子的吸收限向低能量光子移动,体系费米能级附近的态密度大幅度提高,这主要是p态电子贡献的;在费米能级附近的导带和价带中都出现了新的能级,这些新的能级主要由Nas、Nap、Znp、Znd和Op电子形成,且他们之间存在着强耦合相互作用。Na掺杂ZnO的电输运性质具有各向异性;其价带和导带中的载流子有效质量均较大;载流子输运主要由Nas、Nap、Znp和Op电子完成。     

应力下MnGa合金体电子性质及磁性质的研究

采用密度泛函理论方法系统研究分析了四方结构MnGa合金体在a轴1GPa应力下的结构、形成、电子性质和磁性质.结果表明,应力下MnGa合金a, b轴晶格参数增大,c轴晶格参数减小,三轴夹角有偏离90°的趋势,晶胞体积增大. Mn-Ga不成键,Mn-Mn之间的强键作用进一步增强,Ga-Ga之间的强键作用消失. Mn-Mn结合键长和Ga-Ga结合键长均减小,而Mn-Ga间距增大,排斥作用减弱.应力下MnGa合金形成焓由-4.85 eV减小到-5.4 eV,其更容易生成.应力下其能带整体向下移动,导带和浅能级价带分布较宽,有效质量较小;深能级价带分布较窄,有效质量较大.自旋向下的电子能带没有带隙,自旋向上的电子能带有0.26 eV的间接带隙. s电子和p电子主要形成导带和浅能级价带,自旋极化较弱,d电子主要形成深能级价带,定域性和自旋极化最强.两种占位的Ga具有近乎相同的电子形态,Ga的s电子和Ga的p电子产生较明显的自旋极化,形成弱的磁性,Ga的d电子主要贡献深能级处的态密度,基本不贡献磁性质.两种占位的Mn主要贡献费米能处的态密度,Mn的d电子自旋极化最强,在费米能级下方Mn1自旋向下的电...     

Al轻掺杂对CaMnO_3晶态材料结构与电迁移性质的影响研究

通过电子平面波函数密度泛函理论的计算分析方法系统研究了Ca位Al轻掺杂钙钛矿结构CaMnO_3基晶态材料的晶体结构、电子结构和载流子迁移性质.结果表明,Al轻掺杂使得CaMnO_3基晶态材料的晶格参数增大,在b轴方向上增大程度最高,在c轴方向上增大程度最小.Ca位Al轻掺杂之后,CaMnO_3中的O—Mn—O八面体向2个O顶点方向拉长,八面体产生扭曲变形.Al轻掺杂前后的CaMnO_3基晶态材料均为间接带隙半导体,其带隙宽度分别是0.713和0.695 eV,Al掺杂属于电子型掺杂.经过Al掺杂之后CaMnO_3基晶态材料的导带有效质量大大提高.Al掺杂CaMnO_3基晶态材料费米能以下,p状态态密度最高,s状态态密度最低;在费米能以上,d状态态密度最高,s状态态密度最低.Al掺杂大大提高了CaMnO_3基晶态材料的载流子浓度.CaMnO_3中O—Mn—O八面体中底平面上的O原子电子对载流子迁移过程的贡献大于顶点处的O原子电子贡献程度.     

MnGa合金体的电子结构与磁性质的研究

基于密度泛函理论方法系统研究了四方结构MnGa合金体的结构、形成、电子结构和磁性质。结果表明,四方MnGa合金晶胞的生成焓为-4.85 eV,高于一些不含d电子的体系。其呈现导体的能带结构,其中d电子主要形成深能级价带,定域性最强。四方MnGa合金存在着明显的自旋极化,靠近费米能级两侧的s电子和靠近费米能级下方的p电子具有较弱的自旋极化。形成浅能级价带和导带的d电子产生高强度的自旋极化,对磁性质贡献较大。Mn的s电子和Mn的p电子自旋极化作用较弱,Mn的d电子形成浅能级价带和导带,自旋极化作用最强。形成深能级价带的Ga的d电子自旋极化作用较弱,不同位置的Ga原子的自旋极化不同。四方MnGa合金体具有净有效磁矩,呈弱的亚铁磁性。     

超临界水流化床内煤气化过程建模与仿真(1):数学模型及物理场分布规律

煤的超临界水气化是极具发展前景的高效洁净煤炭转化技术.本实验室发明新型超临界水流化床反应器,避免了管式反应器中出现的结焦堵塞现象,实现了高浓度煤浆的高效连续气化.本文对超临界水流化床反应器内的物理过程进行了数学建模,并对宽广的温度参数范围下反应器内温度场、流场、以及颗粒停留时间演变规律等进行数值模拟分析,揭示了反应器内部各物理场的特征,加深了对超临界水流化床内流动传热过程的认识,对反应器的运行与设计具有理论参考价值。