高温高压下ZnO的相变及热力学性质研究(英文)

本文通过平面波赝势密度泛函理论研究了ZnO岩盐(B1)结构、CsCl(B2)结构、闪锌矿(B3)结构和纤锌矿(B4)结构的相变和热力学性质.通过计算得到了晶格常数、体弹模量及体弹模量对压强的一阶导数,与实验值和其他计算结果都符合地较好.根据等焓原理,发现从B4和B3结构到B1结构的相变压强分别约为8.9GPa和7.8GPa.通过准德拜模型,成功得到B4结构的热力学性质,包括不同压强和温度下的状态方程、热膨胀系数和热容.     

IrN的结构相变和弹性性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了IrN的结构相变和弹性性质,分别对IrN的岩盐(B1)、氯化铯(B2)、闪锌矿(B3)、纤锌矿(B4)、NiAs(B8)和tungsten carbide(Bh)这6种结构进行了分析,并根据理论计算得到的焓与压强的关系,发现了IrN的相序是B3→B4→B8→B2,相变压强分别发生在1.98 GPa,97.90 GPa和296.64 GPa.通过对B4结构在高压下的弹性特性进行研究,发现其弹性常数、体弹模量、剪切模量、纵波波速、剪切波速以及德拜温度均随压强的增加而单调增大,且依据B/G分析,预测了B4结构能在高压下保持一定的韧性特性.     

ZnO的相变和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了ZnO的相变和热力学性质.我们发现ZnO由wurtzite结构到NaCl结构的相变压在10.9 GPa左右,和实验值以及其他的理论计算值符合的很好.我们还成功地研究了ZnO 的热力学性质,其中包括ZnO的热容和德拜温度.     

CeN压致结构相变的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算研究CeN晶体的压致结构相变.计算结果表明:在55GPa压力下,CeN晶体从氯化钠型晶体结构(B1)转变为氯化铯型晶体结构(B2);压力为0时,B1有力学和热力学稳定结构;压力为55GPa时,B1没有力学和热力学稳定结构.     

利用第一性原理计算HgSe的结构相变和光学性质

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算了高压下HgSe的结构相变和光学性质, 并给出导带与价带之间跃迁激发峰的位置. 结果表明, HgSe的压致结构转变顺序为闪锌矿结构（HgSe-Ⅰ）→朱砂相结构（HgSe-Ⅱ）→岩盐矿结构（HgSe-Ⅲ）→正交结构（HgSe-Ⅳ）, 相变压力分别为1.1,15.1,40.1 GPa.     

高温高压下α-Si3N4的相变

在压力为5.2～5.7GPa,温度为1100～1300℃,保温保压时间为15min的条件下,对添加有Y2O3、Al2O3助剂的α-Si3N4微粉进行了高温高压烧结实验,以探索α-Si3N4的相变.对样品进行了X射线衍射、扫描显微观察及密度测量.实验结果表明,α→β相转变开始于1100～1200℃之间,其相转变程度随温度、压力的升高均有所提高,在5.7GPa/1300℃时,发生完全的相转变.相转变完成的烧结样品由长柱状β-Si3N4晶粒组成,晶粒间相互交错,结构均匀致密,断面有明显的晶粒拔出现象.根据实验数据拟合了大致的两相相界方程,并讨论了相关的相变机制.     

高压下Bi的第一性原理研究

利用晶体结构预测软件USPEX找到了一种Bi的高压稳定相C4,其空间群是： .采用投影缀加平面波方法和广义梯度近似的第一性原理计算,研究了该新结构和Bi 的A7 结构、高压下的单斜结构（Bi-Ⅱ相）、Host-guest 结构（Bi-Ⅲ相）和bcc结构（Bi-Ⅴ相）在不同压强下的压缩行为.拟合出了状态方程,得到各相之间的能量压力关系,进而分析了各相发生相变时的压强.对比发现：常压下C4 结构与bcc 结构的能量非常接近,前者仅仅比后者低10 3 eV/atom.随着压强的升高,发现在50 GPa时C4 结构比bcc结构的能量低10 2eV/atom.运用基于密度泛函微扰理论的赝势平面波方法的ESPRESSO 软件包,计算了C4 结构与bcc 结构在10 GPa压强下的电声耦合常数,从而推算出两者相应的超导转变温度分别是5.8K和7.4K.另外发现两者随着压强的升高而均呈现降低的趋势,在50 GPa时, C4 结构与bcc 结构的分别是1.5 K和1.8 K.     

质量比为0．2％ZnO掺杂Ba0．2Sr0．8TiO3与Ba0．2Sr0．8TiO3陶瓷的结构和变温变频复介电常数的对比测量分析

采用固相反应方法合成了（1-x％）Ba0.2Sr0.8TiO3＋x％ZnO（x=0,0．2）陶瓷材料,并分别用x射线衍射和变温变频介电谱方法,对它们的结构和复介电常数进行了对比测量分析．结果表明,质量比为0．2％ZnO的掺杂：（1）对样品的室温晶系类型没有影响,仍然为立方晶系,晶格常数仅仅减小了0．18％;（2）弥散铁电相变的相变温度由未掺杂的136K向高温移动至140K;（3）低温铁电相的复介电常数的实部ε′减小而虚部ε”增加,高温顺电相的ε’和ε″几乎不变;（4）样品中弥散铁电相变过程的ε″与测量频率f几乎无关;（5）样品中出现在高温区的离子扩散过程向低温移动．     

NaH高压相变、弹性和热力学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,通过平面波赝势方法计算研究了NaH的高压结构相变、弹性和热力学性质.详细计算了NaH的平衡晶格常数a0,弹性常数Cij,体积弹性模量B0及其导数B0′.结果显示:本文计算值与实验值和其他理论值一致.利用吉布斯自由能等熵条件计算发现,NaH从B1结构向B2结构发生相变时的相变压为30.5GPa,体积塌缩率为4.5%,与实验值(29.3±0.9)GPa接近,但小于其他理论计算值(37.0GPa).采用静水有限应变技术计算研究了弹性常数Cij、弹性波速、德拜温度ΘD、弹性各向异性因子随压力的变化关系.根据准谐德拜模型,计算研究了NaH的热容Cv和热吸收系数α等热力学性质.所选择的压力范围为0~50GPa,温度范围为0~1500K.     

C3N4的高压电学特性

利用在金刚石对顶砧(DAC)上的集成微电路技术, 高压原位测量类石墨相C₃N₄的电阻. 实验结果表明, 在293 K, 5 GPa和11 GPa的压力点, 电阻明显下降, 与理论计算的结构相变压力点一致; 在77 K, 5 GPa压力点的电阻基本不变; 11 GPa压力点的电阻变化更明显. 在21 GPa压力点附近, C₃N₄的电阻发生突变, 表明此时存在一个未知的相变.      

Bi2O3对ZnO基压敏陶瓷性能影响的研究

利用传统陶瓷制备工艺制备具有一定压敏特性的ZnO陶瓷材料，详细分析了Bi2O3掺杂对材料性能的影响及导致这一影响的具体原因，用MY3C-2型压敏电阻器三参数测试仪测试了样品的压敏电压，压比和漏流，并用BD-86型X射线衍射仪进行了物相分析，测试结果表明：在适合掺杂范围内，Bi2O3的增加有利于样品的非线性系数α及压敏电压的提高，且漏流IL随掺杂量的增加减小，超出这一范围后，样品的电学性能将会恶化，物相分析表明在添加Bi2O3，Sb2O3和BaCO3的ZnO陶瓷中，存在ZnO相，Bi2O3相，Zn223Sb0.67O4(尖晶石)相和BaSb2O6(偏锑酸钡)相。     

ZnO(0001)Zn极性面上不同单体生长动力学特性

通过第一性原理和密度泛函方法,计算了在富锌和富氧条件下形成的Zn原子、ZnO分子、Zn3O1和Zn1O3团簇等不同单体在ZnO(0001)Zn极性面上典型的纤锌矿和闪锌矿结构沉积位的系统总能及其扩散势垒和相互作用能.结果表明,Zn1O3和Zn3O1团簇以及Zn原子单体易于获得纤锌矿结构的ZnO,而ZnO分子的稳定性较弱且易于沉积于闪锌矿位；富锌条件形成的Zn3O1团簇单体或Zn原子单体,有利于在较低温度下获得均匀结构的晶体；Zn3O1团簇单体则会形成具有一定孔洞的单一相晶体,而Zn1O3单体易形成致密的晶体；以Zn原子、Zn1O1和Zn1O3团簇为单体的沉积更易于聚集,而ZnO分子则不利于成核.     

SDBS辅助制备的花状ZnO微结构的生长机理及光催化性能评价

Flower-like ZnO microstructures were successfully produced using a hydrothermal method employing ZnSO₄/(NH₄)₂SO₄ as a raw material. The effect of the operating parameters of the hydrothermal temperature, OH?/Zn2+ molar ratio, time, and amount of dispersant on the phase structure and micromorphology of the ZnO particles were investigated. The synthesis conditions of the flower-like ZnO microstructures were: hydrothermal temperature of 160°C, OH?/Zn2+ molar ratio of 5:1, reaction time of 4 h, and 4 mL of dispersant. The flower-like ZnO microstructures were comprised of hexagon-shaped ZnO rods arranged in a radiatively. Degradation experiments of Rhodamine B with the flower-like ZnO microstructures demonstrated a degradation efficiency of 97.6% after 4 h of exposure to sunshine, indicating excellent photocatalytic capacity. The growth mechanism of the flower-like ZnO microstructures was presented.     

不同氧化锆相的稳定性及电子结构的第一性原理研究

通过密度泛函理论计算了不同氧化锆相的晶体结构参数,在所有晶相模型结构优化的基础上,分析了在一般温度和压力下不同晶相稳定程度不同的原因。使用3种不同的泛函计算了不同晶相的电子能带结构和态密度电荷差分密度,发现在氧化锆高温稳定相体系中,由于强关联电子的相互作用增强,传统密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势泛函及其修正的Hubbard U方法都会严重低估能带带隙,因此所得各层能带位置不准确,而使用B3LYP杂化泛函计算的结果则可以很好地与已有实验结果相吻合。结合杂化泛函计算出的态密度和差分密度数据,在理论上从电子间相互作用的角度解释了氧化锆不同晶相的稳定性、导电性及光吸收性能。     

ZnO岩盐结构熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法和经验势模型对岩盐结构ZnO高压下的熔化特性进行了研究．对ZnO闪锌矿结构常压下的熔化进行模拟，发现存在过热熔化现象，通过与实验比较得到其过热48％的结论，然后利用该结论修正得到了ZnO岩盐结构0-50GPa的高压熔化相图．其中岩盐结构ZnO高压熔化曲线在压力低于7GPa时和由Lindemann熔化方程得到的结果符合很好．     

ZnO非线性电阻冲击蜕变机理分析

使用透射电镜、能谱、电子衍射等微观分析手段,对脉冲大电流冲击后的ZnO非线性电阻I-V特性蜕变现象进行了研究.实验结果表明,ZnO非线性电阻的冲击蜕变主要是由于离子迁移致使正、负离子在晶界层与晶粒界面两侧的积累和离散所造成的,同时也与富铋界面层的相结构改变有密切的关系.     

ZIF-8衍生的ZnO与RGO复合材料的制备及其电磁波吸收性能

以ZIF-8与氧化石墨烯(GO)为前驱体,采用溶剂热法和碳化法得到ZnO/RGO复合材料.用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜测试手段,对制备的ZnO/RGO复合材料的结构与物相进行表征,用矢量网络分析仪测量复合材料的电磁参数(复介电常数和复磁导率),通过反射损耗(RL)公式得到不同厚度样品的RL值.结果表明:煅烧温度为700℃的样品在2~18GHz具有良好的吸波性能;吸波层厚度为4mm、频率为17.2GHz时,RL小于等于-10dB的频率宽为1.0GHz(16.8~17.8GHz),此时的RL达到最小值-22.9dB.     

CaCu3Ti4O12-xZnO陶瓷介电性能研究

采用传统陶瓷烧结方法,制备了CaCu3Ti4O12(CCTO)-xZnO(x=0,0.05,0.20,0.60,1.00)陶瓷样品.应用X射线衍射仪及扫描电镜,分别确定了样品的物性和形貌.利用阻抗分析仪测定了不同频率和温度下材料的介电常数和介电损耗,研究了ZnO对CCTO材料的微观结构和介电性能的影响.结果表明:添加ZnO可促进CCTO晶界处小晶粒生长,抑制大晶粒生长,降低CCTO陶瓷样品高频范围的介电损耗.当x=1时,在1kHz～1MHz频率范围内,tanδ均小于1.1,并且可将陶瓷的压敏电压提高至100V/mm.这为优化CCTO材料性能、推进其在电容器方面的应用,提供了一定的实验依据.     

纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.