非金属掺杂对磷烯几何与电子结构的影响

研究了B,C,N,O和F在P位掺杂磷烯的几何结构变化、稳定性差异、能带结构和态密度.发现:B,C和N掺杂磷烯时,与近邻磷原子的键长都呈现出缩短的现象;O和F掺杂磷烯时,与一个近邻磷原子的键长呈现出增长的现象,增长率达到45%以上.B,C,N,O和F掺杂磷烯体系都有较好的稳定性.同时,磷烯的能带结构可以通过掺杂B,C,N,O和F等进行调控,而杂质能级的出现有利于磷烯体系电子导电性能的增强.C,N,O和F掺杂体系的态密度在费米能级处出现1个峰值,表明体系电学性能的增强.     

Fe、Co、Ni掺杂磷烯的第一性原理研究

本文基于第一性原理研究了Fe、Co、Ni在P位吸附和掺杂磷烯的稳定性、能带结构、态密度以及差分电荷密度分布.结果表明:在吸附体系中,Co在P位的吸附的稳定性强于Fe、Ni吸附体系;在掺杂体系中,Fe、Co、Ni在P位掺杂的的稳定性较强的是Ni掺杂体系.Fe、Co、Ni在P位吸附磷烯,可以较好的调控能带结构,从而得到可控性能的半导体材料.在P位掺杂Fe、Co、Ni原子的带隙值分别为0.52、0.56和0.4eV.在Fe、Co、Ni掺杂位点上,近邻的两个磷原子周围出现了电子聚集的现象;原因在于Fe、Co、Ni的4s轨道上都有两电子,而非金属的磷原子较容易得到电子.     

Ag掺杂对TiO_2性质影响的第一性原理研究

采用Ag原子对锐钛矿型TiO2半导体进行掺杂,利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Ag掺杂TiO2的晶体结构和能带结构.计算表明,Ag掺杂导致TiO2电子局域能级的出现及禁带变窄,从而导致吸收光谱红移.同时对Ag、Cu这两种同族原子进行掺杂比较,结果证明,用Ag原子对锐钛矿型TiO2进行掺杂在提高光催化性能方面效果更好.     

Cu掺杂A-TiO_2电子结构和光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研究了Cu掺杂的A-TiO_2的电子结构和光学性质.结果表明,p型Cu掺杂会在禁带中引入杂质能级,同时杂质能级的数目随着掺杂Cu原子的增加而增多.由于杂质能级的出现,掺杂体系的禁带宽度变宽但有效禁带宽度降低,电子从低能级向高能级跃迁所需的光子能量变小,掺杂体系吸收谱的吸收峰发生明显的红移.掺杂体系在可见光区(680nm处)出现新的吸收峰,当Cu原子掺杂摩尔分数为4.17%时,A-TiO_2对可见光的净吸收最优,可有效提升A-TiO_2光催化剂的性能.可为制备高效的TiO_2半导体光催化材料研究提供参考.     

Cu掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Cu掺杂纤锌矿ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明,当Cu掺杂的原子百分比为4.17%时体系的光学吸收性能最好,且在可见光区出现了新的吸收峰.电子结构的分析表明,Cu的引入可以在体系的费米能级引入由Cu-3d电子和O-2p电子相互作用形成的杂质能级,价电子由eg能级向tg能级跃迁吸收的最小光子能量约为0.12 e V,这使得Cu掺杂的ZnO体系的光学吸收边落在了红外光区,同时杂质能级的出现降低了ZnO体系的禁带宽度,提升了ZnO半导体材料对长波光子的响应并有效改善ZnO半导体的光催化活性.     

浓度对Fe掺杂TiO2的影响的第一性原理研究

该文运用第一性原理研究了不同浓度Fe原子掺杂TiO2的能带结构、态密度和光学吸收谱。结果表明,Fe原子掺杂浓度的增加导致杂质能级增多,费米能级附近出现态密度峰且峰值随着Fe浓度的增大而增大,从而提高电子从杂质能级跃迁到导带的概率,提高了对可见光的吸收率。进一步分析光谱图发现存在一个最佳浓度对应着较高的可见光响应值。     

磷烯吸附非金属单原子的物理特性研究

研究了磷烯表面吸附非金属原子C、N、O原子的基本物理特性,包括最稳定吸附位置、体系的几何结构和电荷转移情况等,并对计算结果进行了系统的分析.然后分析了磷烯吸附不同的原子后,其体系能带结构的变化和电子态密度随能量变化的规律.通过对磷烯体系的系统分析,发现原子吸附导致磷烯特性发生改变的主要原因是不同原子间的相互作用和各不相同的电子转移.这些理论结论可以为磷烯更深层次的研究提供有效的数据.     

BN烯对毒性有机小分子甲醛传感行为的第一性原理研究

BN烯具有周期性的六元环结构,可以实现对单个气体分子的检测。利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了甲醛分子吸附于本征和掺杂S的BN烯的体系。建立了BN烯吸附结构模型,计算了BN烯掺杂前后对甲醛气体的吸附能、电荷转移、能带和态密度,发现掺杂S后的BN烯对甲醛分子的吸附能和电荷转移明显增大,其导电率也大大提高,说明S的掺杂改善了BN烯对甲醛的传感性。这是由于S的掺杂,在本征BN烯能带中引入了杂质能级,增强了BN烯和甲醛分子间的相互作用,提高了BN烯对甲醛气体的气敏响应速度和吸附能力。由此可知BN烯可用于甲醛分子的检测,同时在电子器件和化学传感器方面有巨大应用潜力。     

金属Ag的电子结构和性质

应用新发展的金属价键理论对金属Ag的电子结构和性质进行了系统研究。我们采用单原子状态自治法确定金属Ag的电子结构为[Kr](4d_n)~(5.33)(3d_c)~(4.53)(5S_f)~(1.14)。依据这种电子结构计算了晶格常数、结合能、势能曲线、体弹性模量和线热膨胀系数随温度的变化,理论值与实验值均符合较好。本文列举了金属Cu和Au的原子状态参数,键参数和主要物理性质,金属Cu的电子结构为[Ar](3d_n)~(4.89)(3d_c)~(4.77)(4S_f)~(1.34),金属Au的电子结构为[X_c](5d_n)~(4.65) (5d_c)~(4.71)(6S_c)~(0.62)(6S_f)~(1.02);分析了贵金属Cu,Ag和Au的共同特点和彼此间的差异;并以简明的方式说明价键理论和能带理论的要点,对比了两种理论所得金属Cu,Ag和Au的准电子占有数(QEO),它们彼此非常相近,这充分显示了价键理论与能带理论彼此是可以沟通的。     

Cu/N共掺杂ZnS电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnS、N单掺杂、Cu-N共掺杂与Cu-2N共掺杂ZnS晶体的能带结构、电子态密度与光学性质.结果表明,Cu/N共掺杂体系降低了体系的带隙,增加了其光催化活性.对于Cu-2N掺杂,分析其态密度,发现共掺杂体系的总态密度在费米能级附近更加弥散,更多的态密度穿越费米能级,使共掺杂更容易获得p-型ZnS,同时费米能级附近的杂质态降低了跃迁能,使得共掺杂体系能有效提高其在可见光区的吸收系数.     

掺杂硫化铅体系的电子性质研究

基于密度泛函理论和广义梯度近似,对掺杂PbS体系进行了电子性质的第一性原理计算. 首先,对恒定掺杂浓度(6.25%)时3种替换杂质(Cd、Sn、Sb)不同掺杂位置的形成能进行比较分析,得到了最稳定的掺杂结构. 然后,计算不同掺杂体系的能带结构,能带结构发生了平移,带隙随掺杂原子序数单调递减. 最后,研究掺杂前后光学性质,光学性质的显著变化出现在Sb掺杂的PbS体系中,主要包括介电光谱下杂质峰的出现、相关红移现象以及掺杂后吸收谱能带边缘的拓展. 同时,Cd掺杂PbS介电光谱的反射峰最小.     

一维掺杂光子晶体结构参数对带隙结构影响

基于传输矩阵法,数值研究了掺杂一维光子晶体带隙特征。研究表明：一维掺杂光晶体禁带中心位置出现一个极窄的导带,当杂质前半部分层数给定时,后半部分总存在一个层数,使得禁带中心导带的深度达到最大,在此基础上通过改变基本层厚度发现,禁带中心的导带深度仍然最大,我们可以通过改变基本层厚度厚度,让特定波长的光顺利通过。     

第一性原理计算Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居、能带结构、电子分态密度和吸收光谱进行了计算.计算结果表明:Zr/S共掺杂导致锐钛矿相TiO2的晶格畸变使其体积变大,共掺杂时Zr和S的电荷布居数与单掺杂前的布居数略有不同;Zr/S共掺杂还导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度变大0.1eV,达到2.30eV,但是由于Zr/S共掺杂在TiO2禁带之内引入了杂质能级,这些杂质能级可以作为电子跃迁的"台阶"而降低电子从价带跃迁到导带所需的激发光子能量,这有可能是实验上制备的Zr/S共掺杂TiO2具有较高光催化活性的内在原因.     

IB族金属催化乙烯选择氧化反应的量子化学研究

采用ＥＨＭＯ方法分别计算了铜，银或金表面吸附氧的位能曲线以及铜或银单独存在时氧与乙烯生成超氧化物中间体的位能面，从而了解铜，金不能催化乙烯选择氧化的原因。     

铜(Ⅰ)离子对氰化物溶液中金属离子存在形态的影响

提出了可以描述在各种金属离子浓度和不同的pH条件下,随铜盐添加量的增加,氰化物溶液中金属离子和CN-存在形态的公式.基于其计算结果,探讨了将铜盐加入含金银的氰化物溶液中时金银的沉淀机理,以及在矿石中铜含量较高时氰化物消耗量增加而金银浸出率降低的原因.将铜盐加入氰化物溶液中时,铜(Ⅰ)离子首先与溶液中游离CN-反应,然后从锌、镉、镍等金属的氰根配合物中"劫持"几乎全部的CN-,以CuCN形式生成沉淀,金银的氰根配合物被"劫持"CN-,以AuCN和AgCN型沉淀物沉淀.     

掺杂和应变对硅纳米线电子结构与光学性质的调制影响

为了研究掺杂和应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构与光学性质的调制影响,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(general gradient approximation,GGA),采用第一性原理方法开展了相关计算。能带计算表明：空位掺杂和元素掺杂均引入杂质能级,形成了N型和P型半导体材料。单轴应变则进一步减小了带隙,增强了掺杂硅纳米线的导电性,但由于应变也修饰了费米面附近能级的形貌,能带曲率突变影响了体系的导电性能。光学性质计算表明：相比于空位掺杂,元素掺杂更有效地改变了SiNWs的介电函数、吸收系数、折射率与反射率等光学参数,而单轴应变则削弱了元素掺杂的影响。拉应变提升了光吸收的范围和强度,尤其是可见光波段,使掺杂硅纳米线成为优质光伏材料,压应变则降低了对紫外光波段的吸收效率。在紫外区域,拉应变和压应变对掺杂硅纳米线的折射率与反射率的影响相反,在红外和可见光区域影响则一致。本文研究结果为基于应变和掺杂硅纳米线的光电器件设计与应用提供一定的理论参考。     

Origin of the metallic properties of heavily boron-doped superconducting diamond

The physical properties of lightly doped semiconductors are well described by electronic band-structure calculations and impurity energy levels. Such properties form the basis of present-day semiconductor technology. If the doping concentration n exceeds a critical value n(c), the system passes through an insulator-to-metal transition and exhibits metallic behaviour; this is widely accepted to occur as a consequence of the impurity levels merging to form energy bands. However, the electronic structure of semiconductors doped beyond n(c) have not been explored in detail. Therefore, the recent observation of superconductivity emerging near the insulator-to-metal transition in heavily boron-doped diamond has stimulated a discussion on the fundamental origin of the metallic states responsible for the superconductivity. Two approaches have been adopted for describing this metallic state: the introduction of charge carriers into either the impurity bands or the intrinsic diamond bands. Here we show experimentally that the doping-dependent occupied electronic structures are consistent with the diamond bands, indicating that holes in the diamond bands play an essential part in determining the metallic nature of the heavily boron-doped diamond superconductor. This supports the diamond band approach and related predictions, including the possibility of achieving dopant-induced superconductivity in silicon and germanium. It should also provide a foundation for the possible development of diamond-based devices.     

深部地质构造、隐伏岩体和成矿预测研究

根据物探重、磁资料经数据处理提取重力区域场和局部场,区域场反应了基底构造的隆起和凹陷,重力局部场是基础构造层和上复构造层的综合反应。磁测资料经数据处理提取表、中、深3层磁性结构的磁场,深层区域磁场的场源与重力基础构造层吻合,反应深部基岩,中层演变为五大岩体,     

金、银、铜等典型高反射率材料的激光增材制造

激光增材制造金银材料可用于艺术品、首饰、手表等的定制化制造.铜是传统工业的重要材料,具有良好的导电性和导热性;铜的激光增材制造材料被广泛用于电子设备、热管理系统、交通运输、工业制造等领域.金、银、铜的激光增材制造具有广阔的应用前景,但也面临着重要问题:金、银、铜材料对激光的吸收率很低.理论分析表明,光吸收率受材料的电导率和激光波长的直接影响.用合金化粉末或表面改性的粉末替代原始粉末打印,或用短波长蓝光或绿光激光打印,可以提高粉体对激光的吸收率,得到更好的打印态样品.本文总结了铜、金等高反射率材料的激光增材制造的激光成型现状和原料端现状,亦对铜、金等高反射率材料的激光增材制造的未来发展趋势做出了展望.     

金银铜多金属黄铁矿烧渣综合回收试验研究

根据黄铁矿烧渣的物理、化学性质特征,完成了多金属综合回收试验.结果表明:烧渣组成以氧化铁为主,并含有贵金属及有色金属,部分金、银、铜包裹于黄铁矿等硫化物中,而锌主要以铁酸锌形式存在.对烧渣进行氰化浸出,在试样未磨情况下,采用石灰调节矿浆pH=10～11、矿浆浓度35%、浸出时间24 h、氰化钠耗量6 kg.t-1的试验条件,可以获得金、银浸出率分别为67.25%、60.08%;采用浮选法处理烧渣可获得金品位8.66 g.t-1、回收率为37.82%的浮选产品,其中银品位和回收率分别为100.3 g.t-1、20.26%;对浮选尾矿直接进行氰化浸出,可获得金、银浸出率分别为96.85%、70.08%.