金属Pt三个低指数晶面的表面能和弛豫第一性原理研究

采用基于密度泛函理论第一性原理从头计算(vienna ab-initio simulation package,VASP)软件包,优化了金属铂(Pt)的晶格常数a0,计算了Pt的3个低指数晶面(100)、(110)及(111)表面能和多层弛豫.结果表明,晶面弛豫前后表面能的相对大小均满足E(111)＜E(100)＜E(110).表面弛豫主要发生在第一、二层,3个晶面弛豫量相对大小为|△d(111)|＜|△d(100)|＜|△d(100))|,弛豫量随表面层数增加而振荡减小.(100)和(110)表面最外层向内收缩,(111)表面最外层向外膨胀.此外,从弛豫前后的电子态密度变化的较深层次对弛豫结果进行了分析.     

α-Al2O3(0001)表面电子结构的理论研究

采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法，在周期边界条件下的k空间中，对最外表面终止层为单层Al的α-Al2O3(0001)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究．通过分析表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化，表明表面能级分裂主要来自于O的2p轨道电子态变化，α-Al2O3(0001)表面明显地表现出O的表面态．通过电子局域函数图，进一步分析了表面成键与表面电子分布特性．     

铝(210)表面的LEED,AES研究

采用低能电子绕射(LEED)和俄歇电子能谱(AES)的方法,研究了铝(210)表面的弛豫和表面结构。按多童散射理论,使实验测得的和计算的LEED谱有较好的吻合。结果表明:铅(210)表面的弛豫仲展至表面五个原子层,且垂直于表面的驰豫较平行于表面的弛豫显著得多。最后用静电模型对这些结果进行了讨论。     

基于NiO纳米薄膜的NO2传感器

以四水合乙酸镍(NiC₄H₆O₄·4H₂O)、氨水(NH₃·H₂O)和乙二醇甲醚(C₃H₈O)为前驱体,采用溶胶–凝胶提拉涂膜法制备NiO纳米薄膜,考察了提拉速度与涂膜层数对NiO纳米薄膜形貌结构与NO₂气敏特性的影响.结果表明,在提拉速度为400μm/s,涂膜层数为2层的条件下可获得表面形貌均一、疏松多孔的NiO纳米薄膜,其主要由直径为20~30nm面心立方结构的NiO晶体颗粒构成.气敏检测结果表明,NiO纳米薄膜呈现p型半导体特性,在工作温度150℃条件下对NO₂表现出良好的响应-恢复特性与可逆性,并对其气敏机理进行了探讨.     

利用分析型EAM模型研究Cu台阶面的表面声子谱

运用分析型嵌入原子模型(AEAM)与晶格动力学方法计算了弛豫后的Cu台阶表面的声子谱曲线,表面弛豫由分子动力学方法计算得到.计算结果声子谱曲线与实验数据吻合.     

表面结构可调控的α-Fe_2O_3薄膜的制备及光电化学活性研究

空穴界面传递阻力过大是影响α-Fe2O3薄膜光电催化活性的主要原因之一,本文旨在探讨通过调控薄膜表面纳米结构从而优化空穴界面传递动力学的可能性.基于简单的电化学沉积路线,制备了表面纳米结构可调控的α-Fe2O3薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD),紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)分别研究薄膜样品的形貌、结构和光吸收性能;采用斩光计时电流(I-t)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS),开路光电压演变(Voc)等光电化学测试技术对影响样品光活性的因素进行研究.结果表明,有尖锐突起纳米结构的表面相比于平坦表面更加利于空穴的界面传递,从而减弱了由于空穴积累而导致的复合加剧问题.     

GaN,AlN和BN(110)表面反常弛豫的电子结构计算

在紧束缚模型框架下采用形式散射理论方法计算了具有闪锌矿结构的化合物半导体GaN,AlN和BN(110)反常弛豫表面的表面电子结构，讨论了表面弛豫对表面电子结构的影响，并将结果同GaAs(110)表面的表面电子结构作了比较.     

关于半正规的几类群

利用子群的半正规性讨论了几类有限群的结构,得到如下主要结果:(l)极大子群超可解的有限群当其极大子群的极小子群半正规时,它不是超可解群就是如下三种群之一:(I)p~αq~β阶内-Abel群,p(?)q-1;(Ⅱ)p~(α+β)r(?)阶群,α≥2,β≥0,p~β=│φ(G)│,p~(α-1)||r—1,α~((?)~α+β)=c_1~(?)=c_2~(?)=…=c_(?)~(?)=1,c_ic_j=c_jc_i,i,j=1,2,…,p,c_(?)~(?)=c_(i+1),i=1,2,…,p-1,c_(?)~(?)=c_1~(?),t(mod r)指数p~(α-1);(Ⅲ)D_(2_q)型群;(2)极大子群可解的非Abel有限单群当其二次极大子群的极小子群半正规时,G恰为A_5.     

ZnO(101-0)面结构的从头计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一原理超级原胞模型,计算了ZnO(101-0)非极性表面的结构.计算结果表明,顶层zn原子明显向体内弛豫0.0328nm,第2层zn原子的弛豫远离体材料0.0237 nm,使得它类似于表面原子.顶层O原子的弛豫仅为0.0146nm.导致表面Zn-0二聚体有强烈扭转.扭转角达9.2..计算结果与其他理论计算结论和实验结论吻合的很好.此外,还计算分析了ZnO的态密度.     

Cu(111)面上原子扩散势垒的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)结合平板周期模型方法,对Cu在Cu(111)表面fcc洞位、hcp洞位的吸附模型进行了几何优化,并用从fcc洞位到hcp洞位过渡态计算的方法,研究了Cu在Cu(111)表面的扩散势垒.通过对不同基底层数、不同表面弛豫层数、不同覆盖率的比较,得到基底层数为4层、表面弛豫1层、覆盖率为1/4ML(monolayer)时,Cu在Cu(111)表面的扩散势垒和实验结果吻合得较好.在此基础上,计算了Fe、Ni、Co等磁性原子在Cu(111)表面的扩散势垒.     

有晶格畸变晶体的表面电子态密度

本文用一维紧束缚模型和格林函数方法研究了有晶格畸变晶体的表面电子结构,考虑了晶格弛豫和表面原子库仑积分的变化,分别计算了不同情况下的表面电子密度(SDOS),并以N_1,W晶体为例,给出了其SDOS曲线。对计算结果与理想表面的SDOS曲线进行了比较讨论。     

低温生长纳米ZnO薄膜的结构

采用气体放电活化反应蒸发技术(GDARE),以玻璃为衬底,在较低的温度下沉积纳米ZnO薄膜,用二次蒸镀法克服薄膜生长饱和问题、有效增加膜厚及改善薄膜质量。讨论了GDARE法低温下沉积纳米ZnO薄膜的生长过程及成膜机理。由原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射谱(XRD)分析薄膜表面形貌和晶体结构,研究结果表明,二次蒸镀法沉积的双层纳米ZnO薄膜具有更好的结晶质量及长期稳定性,薄膜沿C轴高度取向生长,内应力较小,晶粒尺寸均匀,平均粒径约35nm,表面粗糙度降低。     

氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)表面性能的第一性原理研究

【目的】对氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)的表面能、表面弛豫及电子结构进行系统研究。【方法】运用基于密度泛函理论的第一性原理计算体系的表面性能,计算过程采用6层原子和15真空层的Slab模型。【结果】计算得到的氧化钙体相晶格常数合理地符合实验值。氧化钙(100)面的表面能最低因而最稳定,更容易暴露。(110)面表面能介于(100)和Ca-terminated(111)面之间,Ca-terminated(111)面的表面能最高而最不稳定。(100)表面弛豫程度最弱,Ca-terminated(111)表面弛豫程度最明显,而(110)表面弛豫程度则介于(100)和Ca-terminated(111)面之间。(100)表面Ca-O和Ca-Ca之间的电子云强烈重叠,共价成键特征突出,稳定性高。Ca-terminated(111)表面只存在Ca-Ca原子间电子云重叠,且杂化程度明显变弱,因此Ca-terminated(111)面的稳定性最低,(110)面的稳定性居于(100)面与Ca-terminated(111)面之间。【结论】氧化钙中(100)面的表面稳定性能最好,(110)面次之,Ca-terminated(111)面稳定性最差。     

溶胶凝胶法制备ZnO薄膜及性质研究

以二水醋酸锌为原料,使用溶胶凝胶法在(100)Si衬底上旋转涂敷得到ZnO薄膜.采用傅立叶变换红外光谱和X射线衍射(XRD)分析经N2、空气、O2不同气氛400℃退火ZnO薄膜的成分和结构差异.使用XRD、原子力显微镜和光致发光手段重点研究了N2气氛条件下,ZnO薄膜结构与发光特性随退火温度的变化规律,发现400℃下退火更适于干凝胶薄膜经历结构弛豫,生成具有(002)择优取向、性质优良的纳米晶ZnO薄膜.计算该样品的晶粒尺寸为41.6 nm,晶格常数a=0.325 3 nm,c=0.521 nm,其PL光谱出现495 nm附近强的绿光发射峰,可能源于ZnO纳米晶粒表面缺陷氧空位(Vo).随着退火温度升高,ZnO生成量减少、晶粒体表面积比(S/V)减小共同作用导致绿光峰强度变弱.     

玻璃基片上磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的亲水性能研究

采用射频磁控溅射法制备了纳米TiO2薄膜,应用原子力显微镜观察了薄膜表面形貌,通过测量薄膜表面水滴直径计算接触角的方法研究了TiO2薄膜的亲水性能,发现磁控溅射制备的TiO2薄膜在紫外灯照射下有明显亲水性.     

金红石型纳米TiO2(110)表面原子结构和电子结构的理论研究

利用MaterialsStudio软件采用密度泛函理论的全势PLAPW方法研究了金红石型纳米TiO₂的表面原子和电子结构及其性质。计算结果表明:金红石型纳米TiO₂(110 )表面原子结构发生了弛豫和重构,随着原子层厚度的增加,相应的弛豫距离减小,表面禁带宽度降低,具有了准金属特性。表面HOMO和LUMO轨道分别是由Ti⁴⁺的p轨道和d轨道构成,其表面的活性位为Ti⁴⁺。     

非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射-透射研究

通过对非寻常光在光轴平行于入射面的单轴晶体中传播情况的分析,研究了光轴平行于入射面时,非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射与透射特性.根据入射光、反射光和折射光之间的相位匹配条件,利用单轴晶体的折射率面和非寻常光光线与光波法线的关系,得到单轴晶体光轴平行于入射面时其表面的边界条件.然后根据晶体内部前后表面处电场量的相位关系,联系两表面处的边界条件,计算了单轴晶体薄膜的反射率与透射率.应用得出的计算方法,计算了石英(正晶体)薄膜和铌酸锂(负晶体)薄膜的透射率和折射率随光轴角度的变化关系.结果表明,计算方法正确,不仅适合正晶体对负晶体也适用,求解方法简单实用,所给的表达式具有一般性,可以直接使用.     

不同表面活性剂对电沉积半金属Bi膜的影响

采用电沉积方法在氧化铟锡玻璃(ITO)基板上制备出Bi薄膜,研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)以及非离子表面活性剂(Brij56)对Bi3+的循环伏安行为、Bi膜的结构以及表面形态等的影响.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对Bi膜的表面结构形态进行了表征.结果表明,Brij56对Bi纳米颗粒的形态影响较小,以CTAB和SDS为添加剂可分别获得片状和树枝状结构的Bi纳米颗粒.     

纳米氧化铟/硅纳米孔柱阵列的酒敏特性

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底、高纯金属铟为铟源,采用化学气相沉积法制备了氧化铟(In_2O_3)/Si-NPA复合纳米体系,并对其表面形貌和结构进行了表征.结果表明,In_2O_3/Si-NPA中In_2O_3具有体心立方结构,其薄膜由粒径为100~400 nm的纳米颗粒和长约为1μm、直径约为300 nm的纳米棒组成,而这些纳米颗粒、纳米棒均由平均粒径约为19 nm的In_2O_3纳米晶粒组成.气体传感性能测试结果表明,In_2O_3/Si-NPA对低含量酒精具有较高的响应度和良好的选择性.当酒精的体积分数为2×10~(-6)时,器件的响应值达到463%,响应和恢复时间分别为15 s和8 s.     

PLD制备FePt:MgO薄膜的结构及线性光学性能研究

采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了FePt:MgO多层复合薄膜。采用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析了薄膜的结构;采用紫外可见分光光度计分析了薄膜的线性光学性能。HRTEM分析表明基质MgO在单晶MgO衬底上同质外延生长,而FePt纳米颗粒周期性均匀地自组织嵌埋在MgO基质中。HRTEM的快速傅里叶变换(FFT)图表明,FePt纳米颗粒为富Pt的面心立方(FCC)结构的FePt3,其晶格常数αFePt3=3.90 。(1。=0.1 nm)。MgO基质与FePt纳米颗粒的界面分析表明,它们的界面处几乎不存在非晶层,只在FePt纳米颗粒与MgO基质的晶界线附近有少量的刃型位错。薄膜的紫外可见吸收谱结果表明,低脉冲数样品具有远紫外增透作用,高脉冲数样品存在3个表面等离子激元共振吸收峰,随FePt沉积脉冲数增加,吸收峰位置均发生红移,峰强逐渐减弱,峰强比规律变化。