氮掺杂碳化硅纳米管电子场发射的第一性原理研究

运用第一性原理研究了氮掺杂对碳化硅纳米管场发射性能影响.计算结果表明,在外加电场作用下,体系的态密度均向低能端移动,赝能隙及最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙减小,且Mulliken电荷在帽端聚集程度增加.态密度、最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙及Mulliken电荷分析表明,氮掺杂改善了碳化硅纳米管的场发射性能,且N替代顶层五元环中Si原子体系场发射性能最优.     

硼/磷掺杂单壁碳纳米管电子结构的第一性原理计算

利用第一性原理电子结构计算方法,基于密度函数理论(DFT),研究了硼(B)/磷(P)掺杂单壁碳纳米管.有无外电场时的总能量,Mayer键级,能带结构和态密度被计算.结果表明有电场时B/P掺杂单壁碳纳米管比无电场时更稳定.B/P掺杂单壁碳纳米管有特殊的能带结构,非常不同于B/N掺杂碳纳米管;由于硼/磷掺杂打破了单壁碳纳米管的对称结构,使得金属型碳纳米管被转换为半导体型.B/P掺杂单壁碳纳米管中的成键方式被详细研究.     

浅谈铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理

该文主要采用第一性原理对掺铝、掺氮、铝氮共掺杂氧化锌纳米管的电子结构进行了计算,并分析了差分电荷密度对氧化锌纳米管电子结构的影响.结果显示,铝氮共掺杂可以使主能级局域性对氮形成的影响减小,提高氮的溶解度,这一掺杂方法将是顺利实现氧化锌纳米管p型参杂的有效途径.     

铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究

基于密度泛函理论系统地研究了铀锆合金(γ-UZr和δ-UZr2)的晶体结构、电子结构及化学键性质。鉴于U-5f电子的强关联性,使用局域密度近似(LDA)和LDA+U(U=4eV)方法对比研究了铀锆合金的基态性质。尽管这两种方法计算所得的晶格常数均略小于实验值,但总体上与实验还是符合的很好。与纯LDA相比,加U=4eV的计算结果显示5f电子的库仑排斥作用对合金体系电子态密度分布的影响极小。因此可忽略U-5f的库仑排斥作用。两种构型合金体系的总态密度分布表明它们在费米能级附近的电子占据主要是U-5f和Zr-4d,并有明显的杂化。在γ-UZr和δ-UZr2中,U—Zr键间均显示微弱的共价性,其中U—Zr2共价性最强(0.048e/au3),U—Zr次之(0.040e/au3),U—Zr1最弱(0.032e/au3),而δ-UZr2中的Zr1离子性最强。     

碳纳米管和硼纳米管热膨胀性能的第一性原理研究

采用密度泛函及分子动力学理论,对碳纳米管和硼纳米管的热膨胀性能进行了研究.研究发现小管径的硼纳来管具有出较好的反膨胀性能,硼纳米管的反膨胀性能与管径的关系和碳管的结果不同.低温下,硼六边形中心的硼原子的横向振动模式可能是其反膨胀性能的主要原因.小管径的硼纳米管的反膨胀性能可以和碳纳米管的性能相比较,表明小管径的硼纳米管在反膨胀领域具有很高的应用前景.     

难熔元素合金化NiAl合金的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了合金元素Zr、Hf、Nb、Ta对NiAl合金的电子结构、力学性能和热学性能的影响,分析了合金相的晶胞参数、态密度、韧脆性以及焓、自由能、熵、德拜温度和热容。研究表明:Zr、Hf、Nb和Ta在晶胞结构中都倾向于取代Al位点,合金化后晶胞的晶格参数和晶胞体积均增加到不同程度。态密度图显示0～20 eV能量范围内,态密度分布均较为平均,没有局域的态密度(density of states, DOS)尖峰,-10～0 eV能量区间内态密度均出现最强峰。由柯西压力值判断,Zr、Hf、Nb、Ta的加入均使柯西压力值增大,且合金相模量比(ratio of shear modulus to bulk modulus,G/B)的值均小于0.57,合金相表现出相对韧性。在0～1 700 K温度范围内,合金相的焓、熵均随温度的升高而增大,当温度高于400 K时,合金相的德拜温度均趋于420 K;随着温度的升高,合金相的热容值均趋近于杜隆-珀蒂极限值,表明合金化后结构体现出良好的热力学性能。     

Mg-Li合金界面结构及合金化效应的第一性原理研究

利用第一性原理中的DFT理论,研究了Mg/Li界面的能量和电子结构,讨论了替位型掺杂的元素Zn、Al、Si、Ca在Mg/Li界面处的作用。结果表明,合金化元素Zn、Si、Al替换界面处Li原子后,均可提高Mg/Li界面的结合能力,使得界面更加稳定。同时,研究了Mg/Li界面体系的总能量、界面面积、电荷密度以及应力-应变曲线,表明了Zn、Si、Al可改善Mg/Li界面的结合能力,它们由强到弱为:Zn,Si,Al。另外还探讨了合金化元素的强化机理。     

ZnOS三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论下的VASP软件包详细研究了三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随S组分x的变化关系,并计算了三元合金的带隙弯曲参数.采用AM05XC泛函对结构参数进行优化,带隙修正采用了LDA-1/2的计算方法.结果表明:随着S浓度x的增加,三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能量均呈现出线性递增的关系,而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质,这跟三元合金ZnO1-xSx的固溶度相关.从导带底到价带顶的光跃迁出现在Γ点,影响价带顶和导带底的价电子分别是S的3p态和Zn的4S态.     

SrBi2Ta2O9铁电相光学特性的第一性原理研究

用第一性原理对SrBi2Ta2O9化合物第一次进行了电子结构与光学性质的理论研究.文章认为Ta-O和Bi-O的杂化是SrBi2Ta2O9铁电性的主要原因.基于电子能带结构对介电函数的虚部进行了解释,并对SrBi2Ta2O9的反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质进行了研究.     

Li修饰的石墨炔纳米管储氢性能的第一性原理研究

储氢材料的性能直接影响环保能源氢的使用,基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了石墨炔纳米管被Li原子修饰后的储氢性能.结果表明:由γ相石墨炔片卷曲得到的石墨炔纳米管结构的稳定性高;优化结构后发现单个Li的最稳定的修饰位是在单胞石墨炔纳米管的乙炔键所围成的十二元环处;在修饰位上逐步添加氢分子进行分析后,得到最大吸附数为7个氢分子的结果,吸附氢分子的质量比达到2.34 wt%.这与之前未修饰和用其他原子修饰后的石墨炔纳米管吸氢性能相比具有明显优势,为设计和制造储氢材料提供了有力的理论依据.     

半休氏勒合金LiMgAs结构和热力学性质的第一性原理计算

本文利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了Half-Heusler合金LiMgAs的结构性质以及热力学性质.所计算的晶格常数、弹性模量以及弹性模量对压强的导数均与实验及其他理论值相吻合.本文还计算了α、β和γ三种相的LiMgAs声子频率,发现没有虚频的α-LiMgAs热力学结构稳定,其他两相均有虚频,不稳定.本文通过准谐德拜模型,研究并获得了不同温度0～1500 K和不同压强0～70 GPa下的热膨胀系数、热容、熵、德拜温度和Grüneisen参数.我们发现,热膨胀系数、热容、熵和Grüneisen参数随温度的增加而增加,随压强的增加而减小;而温度和压强对德拜温度和弹性模量的影响和对上面其他物理量的影响恰好相反.另外,当温度高于1000 K时,热容值变化很小,遵循Dulong-Petit定律.     

First-principles comprehensive study of electronic and mechanical properties of novel uranium hydrides at different pressures

The systematic investigation on the U-H binary system up to 300 GPa has been performed by means of firstprinciples calculations in combination with the variable-composition evolutionary algorithm.Twenty uranium hydrides,including UH_x(x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,17),U_2 H_y(y=3,5,7,13,15,17),U_3 H_8,U_3 H_(10),U4 H5 and U_4 H_9 have been found under different pressures.Besides thirteen compounds that are in nice agreement with previously reported structural search,new uranium hydrides in terms of the derived convex hull of the formation enthalpies have also been found in the present investigation.These seven novel compounds including CmcmUH_3, Fmmm-UH_4,R3 m-U_2 H_7,Pm-U_2 H_(15), Cm-U_3 H_8,C_2-U_4 H_9 and C2/m-U_4 H_5, are found to be dynamically and thermodynamically stable,and their stable pressure range has been determined.At last,the electronic and mechanical properties of these seven novel structures have further been calculated.     

Tix-Nb1-x合金结构及弹性性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法详细地计算了高温高压下不同铌含量对Tix-Nb1-x (x=0, 025, 05, 075,1)二元合金的能量和结构的影响。结果表明,零温零压下不同铌含量下的三种稳定的合金组成结构分别为六角密堆结构Nb025Ti075,体心立方结构 Nb05Ti05和体心立方结构Nb075Ti025,所得的稳定的合金结构晶格参数与相关的实验值和理论值符合的很好。这样, 分别计算了在压强60GPa范围内的稳定的合金结构的弹性性质和弹性模量。     

ZnSe高压物性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

可光热除冰的纳米碳管/环氧树脂复合涂层的制备及防腐性能研究

针对民航飞机在高空、寒冷区域飞行时存在的结冰问题,以环氧树脂中掺杂一定含量的碳纳米管制备复合材料涂层,优化提升民航飞机的除冰性能,同时对改善民航飞机机翼蒙皮的防腐性能展开研究。测试表明碳纳米管含量为0.5%时复合材料光热性能更好,温度上升明显。光热循环稳定性测试表明,碳纳米管含量为0.5%时,在150mW/cm2的光照下该复合涂层具有光热稳定性能;自愈性能分析测试得知,在表面受到一定程度的破坏后,该复合涂层能通过加温的方式实现自愈合;电化学工作站测试极化曲线分析中,碳纳米管含量为0.5%的复合涂层腐蚀电位最大为-1.510V,表明其腐蚀速率最低;在静态全浸测试中,碳纳米管含量为0.5%的复合涂层质量减少最小,表明其防腐蚀性能更好。     

s-III型低密度甲烷气体水合物物性的理论研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了s-III型水分子笼状结构和s-III型CH4气体水合物笼状结构的晶格常数、体弹模量等基本物性参数,发现在0~2.6 GPa压强范围内两种笼状结构均可以稳定存在,晶胞体积随着压强增大而近似线性减小. s-III型CH4气体水合物中由于CH4分子间的作用力导致甲烷水合物体积发生膨胀,但是体积增大幅度较小且比较均匀,平均增幅在3.97%左右. 最后根据能带结构和电子态密度计算结果发现s-III型CH4气体水合物为绝缘体,不具有导电性.     

在高压下CrB4 的结构和电子性质的第一性原理计算

该论文对新合成超硬材料CrB4 的结构和电子性质从0 GPa到100 GPa的压力范围内,采用密度泛函理论下的第一性原理计算进行了详细的理论研究. 在零压力下的结果与现有的理论和实验值吻合得很好. 计算了CrB4 的结构,键长,B–B、Cr–B键的Mulliken重叠布居,态密度（DOS）和PDOS等随压力的依赖,并进行了讨论. 计算出的结构性质随压力的依赖表明,结构参数和CrB4 共价键对压力不敏感,有力地支持了CrB4化合物的高硬度是来自于B–B笼这一特点.     

First-principles investigation of structural and electronic properties of oxygen adsorbing phosphorene

Two-dimensional (2D) phosphorene has been extensively studied for potential electronic and optoelectronic applications.It is easily oxidized by adsorbing oxygen in the air,exhibiting changed materials stability and properties.Yet the impact of oxygen concentrations on stability and electronic properties of oxygen adsorbing phosphorene has never been systematically investigated.In this article,the oxygen adsorbing phosphorene at different oxygen concentrations are studied via first-principles crystal structure searches.We considered stoichiometries of P_8O,P_(16)O_(3)) P_4O and P_8O_(3,)with both single-side and dual-side adsorption for selected case P_4O.The energetically stable structure of each stoichiometry is identified.It has been found that the band gaps show rather wide range change,strongly depending on the oxygen concentration.Interestingly,at the higher oxygen concentration the relatively low band gaps and small carrier effective masses emerge,comparable with the pristine black phosphorus.This may be associated with the appearance of bridged P-O-P bonds as oxygen concentration increasing.The electronic properties are discussed in relation to structural features and chemical bonding.     

First-principles study of the interactions of hydrogen with low-index surfaces of PdCu ordered alloy

PdCu catalysts play a key role in several hydrogen-involved processes. Among these reactions, the interaction of hydrogen with PdCu essentially determines the catalytic performance. However, the response of PdCu to surrounding hydrogen has been poorly investigated, especially for specific facets of PdCu at different environment. In this work, taking temperature and hydrogen pressure into account, we studied the hydrogen-surface interactions for four low-index surfaces of PdCu through first-principles calculations. It was found that H-PdCu adsorption strong relies on the facets, hydrogen coverage, and reaction environment (temperature and H-pressure). Our work highlights the importance of the environment on the nature of catalyst surfaces and reactions and offers a plausible way to investigate the interactions between gas and the surfaces of nanocatalysts in real reactions.