几种BC2N超硬材料力学性能与电子结构的理论研究

本文用基于密度泛函理论（DFT）结合平面波方法的第一性原理研究了四种不同相的B—C-N的晶体结构、力学性能和电子结构．结果表明：c-BC2N,d-BC2N和t-BC2N的体弹模量大于400GPa,而cp—BC2N的体弹模量最小-380GPa．其原因在cp—BC2N相中仅有B—c键和c—N键,而不存在另外三种结构中都有的c—c和B—-N键．拉伸时各个方向上都出现最大应力,则在剪切时至少有一个方向上不会出现最大应力,反之亦然．能带分析表明四种Bc2N均具有直接跃迁型结构,Mulliken布居分析表明,C—N,C—B,B—N间存在电荷转移．     

新型超硬材料R3m-BC2N的弹性及其各向异性的研究

本文运用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法首先计算了R3m-BC2N的弹性普适各向异性指数AU及各向异性分数比AB,AG,表明R3m-BC2N是弹性各向异性材料.然后研究了不同晶向上的拉伸与剪切的应力应变曲线.由于其各向异性,在[1000]和[0001]晶向上R3m-BC2N显脆性,而在(0001)[0010]晶向上材料具有较强的韧性.接着利用声学波速计算得到传播方向为[0001],(0001)上的热导率,显示了此材料的热导率各向异性.最后计算其电子结构,得到其禁带宽度为3.756eV.综上,所有研究都为实验合成R3m-BC2N提供了一定的理论基础.     

二维Ta4C3O2电子结构的拓扑性质

过渡金属碳化物和氮化物也被称为MXenes材料,是一类具有独特性质的新型二维材料.经第一性原理计算发现,二维Ta₄C₃O₂的电子结构可能具有拓扑性质,而Ta₄C₃已被成功制备,Ta₄C₃O₂可通过表面功能化实现制备.这些结果将为研究MXenes材料的拓扑性质提供有利借鉴,也为今后的实际应用奠定基础.     

Ru掺杂MnO2电子结构的第一性原理浅析

通过密度泛函理论框架下的第一性原理的广义梯度近似方法(GGA),对金红石型MnO2以及掺杂Ru形成的复合氧化物Mn0.875Ru0.125O2的晶体结构、能带结构、电子结构和态密度等进行计算.结果表明:计算的金红石型MnO2以及RuO2的点阵参数与文献的数值相吻合;Ru掺杂后使金红石型MnO2的晶胞体积变大;Ru掺杂后使体系在费米面附近引入了杂质能级,材料由直接间隙半导体转变为半金属,导电类型发生了改变.     

LiCoO2的体态几何与电子结构的理论研究

采用基于局域密度泛函理论和第一性原理赝势法,选择GGA交换关联势,使用自洽投影缀加平面波方法,对锂离子电池正极材料LiCoO2的原子几何结构与电子结构进行了理论研究.给出了其结构--总体态密度与分波态密度、电荷密度分布以及能带结构等,并对三种超晶胞模型进行了简要对比研究.计算结果表明三种模型在计算上是等价的;完全驰豫后所得的晶体结构、晶格常数、电子结构及能带结构等都与其他方法的计算结果以及实验值符合良好.     

La/S共掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理对La/S共掺杂前后锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居以及电子结构进行了计算.结果表明:La/S共掺杂导致TiO2晶格膨胀并减小了锐钛矿相TiO2的禁带宽度,同时在TiO2禁带之内引入了局域态的杂质能级,这些杂质能级可以充当电子从价带到导带跃迁的桥梁以减小激发光子的能量从而提高太阳光的利用率.为实验上合成的La/S共掺杂TiO2可见光催化剂提供了一定的理论基础.     

三元硼化物TaNbB2的结构、力学性质及电子结构研究

目的 研究三元过渡金属硼化物TaNbB₂的结构、力学性质及电子结构。方法 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理和粒子群优化算法(CALYPSO)晶体预测技术。结果 预测了三元过渡金属硼化物TaNbB₂在0 K,0 GPa下的基态相为一空间群为Amm2(No.38)的正交结构。通过形成焓、声子谱的计算以及基于弹性常数的力学稳定判据证明其能够稳定存在于常温常压。同时也系统研究了TaNbB₂的弹性性质、弹性各向异性和电子结构。结论 证明了Amm2-TaNbB₂是一种硬度、力学各向异性优异的晶体材料,并从原子尺度获得了其微观结构和宏观力学性质之间的关系,为工程应用、实验合成以及理论研究提供帮助。     

MoSe2电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函理论第一性原理,计算了MoSe2的能带结构、态密度和光学性质,再根据相关参数分析了该材料的半导体特性和光学性质.能带结构结果表明MoSe2具有间接带隙宽度为0.853 eV的半导体材料,从态密度图可看出价带由Mo的5s4d价电子和Se的4s4p价电子起主要作用,其它价电子作用较少导带主要是Mo的4d和Se的...     

高压下新型超硬Im2-CN2晶体的电子结构和光学性质

本文采用密度泛函理论研究高压下Im2-CN2的电子结构和吸收系数、反射率、折射率、光导等光学性质,得出了以下点结论:随着压强的增大,Im2-CN2的带隙宽度从0.13 eV增大到0.58 eV;Im2-CN2的价带顶的电子态主要是由C-2p态和N-2p态贡献,导带底的电子态主要是由C-2p态、N-2p和N-2s态贡献;...     

单层1T-VS2的电子结构和量子电容性质研究

以石墨烯为代表的低维材料由于费米能级附近有限的态密度,导致量子电容较低,限制了其作为电极材料的超级电容器双电层电容的提升.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,以1T-VS₂为例,研究具有类石墨烯结构的准二维材料的量子电容的微观机理及其性能调控.研究结果表明,铁磁性的本征和含V空位缺陷的1T-VS₂在零偏压处的量子电容为～300μF/cm²,远高于石墨烯.此外,含有V空位缺陷体系在负偏压区的高量子电容区间更加扩展,可以匹配更宽工作电压窗口的电解质材料,有利于提高能量密度.     

压力下NaN_3结构稳定性、力学性质和电子结构的理论研究

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软贋势方法研究了压力对NaN_3结构稳定性、力学性能以及电子结构的影响.对能量和力学参量的计算结果表明,R-3m结构是NaN_3在零压下的稳定性结构.随着压力的增加,在5 GPa的压力范围内NaN_3会发生从R-3m结构到C2/m结构的结构相变,而C2/m结构的NaN_3在压力超过20 GPa以后也不能够保持稳定.该结果与实验研究结果间取得了很好的一致.此外,对电子结构的研究表明,常压下两种结构NaN_3都表现出了绝缘体的性质.随着压力的增加,C2/m结构NaN_3的价带和导带宽度都略有增加,而带隙宽度略有减小.     

(Fe,N)双掺杂MgF2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA+ PBE相关泛函理论,计算并对比了纯MgF2晶体、Fe掺杂MgF2晶体、N掺杂MgFz晶体和(Fe,N)不同位置双掺杂MgF2晶体的晶体结构、电子结构以及吸收光谱.研究了不同替位掺杂方式对MgF2光催化活性的影响,并在此基础上给出了掺杂后离子之间的协同作用机理.结果表明:Fe和N近邻双掺杂在可见光范围内的光吸收效率较非近邻更强,为(Fe,N)双掺杂调制的较佳方式.     

NiO的电子结构与热电性能的理论研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了Ni O氧化物的电子结构,在此基础上分析了其热电性能。电子结构计算结果表明,Ni O氧化物存在着0.45e V的间接带隙,费米能级附近的状态密度较低。价带顶中的能带电子主要为p、d态电子,导带底中的能带电子主要为s、p态电子;O p态和Ni d态电子与O s、O p态和Ni s、Ni p态电子之间的跃迁形成载流子迁移过程。热电性能分析结果表明,价带顶的载流子迁移率较低,有效质量较大;导带底的载流子迁移率较高,有效质量较小;纯的Ni O氧化物的导电性较差,但其Seebeck系数较高,具有一定的热电性能。     

Mg掺杂硅团簇MgSin(n=1~10)的结构和电子性质研究

运用杂化密度泛函B3LYP理论方法,在6-311+G(d,p)基组水平上对MgSin(n=1~10)多种低能异构体进行优化,获得了各个尺寸下团簇的最低能量结构,并研究MgSin(n=1~10)的结构特点和电子性质.结果表明单个镁原子掺杂硅可得到稳定的二元掺杂团簇.     

Composition, structure and mechanical properties of several natural cellular materials

The stem piths of sunflower, kaoliang and corn are natural cellular materials. In this paper, the contents of the compositions of these piths are determined and their cell shapes and structures are examined through scanning electron microscope (SEM) and optical microscope. Further research is conducted in the effects of the compositions and structures of the piths on the mechanical properties after testing the partial mechanical properties. The results show that the total cellulose, hemicelluloses and lignin content of each sample approaches 75% of the dry mass of its primary cell walls. With the fall of R value, a parameter relative to the contents of the main compositions, the flexibilities of the cellular piths de- scend while their stresses and rigidities increase. The basic cell shape making up the sunflower pith is approximately a tetrakaidehedron. The stem piths of kaoliang and corn are made up of cells close to hexangular prisms and a few tubular ones which can observably reinforce their mechanical properties in the axial directions.     

Mo2BC力学和电子性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软贋势方法,对正交结构Mo2BC的力学和电子性质进行了系统的研究.计算结果表明,正交结构的Mo2BC在零压下是稳定的,优化得到的平衡结构参数与实验值符合得很好.Mo2BC的块体模量为308 GPa、剪切模量为187 GPa、弹性模量为471 GPa、泊松比为0.245,德拜温度是80 K.电子结构的分析表明,Mo2BC的化学键是共价键和离子键混合,表现出一定的金属性.