Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.     

压力作用下Mg2X(X=Sn,Ge,Si)晶体结构与弹性性质

基于密度泛函理论,采用第一性原理计算方法,研究Mg2X(X=Sn,Ge,Si)系列晶体的弹性常数,计算结果与实验值符合甚好.在此基础上,预测了在静水压下(0～50 GPa)的晶体结构和弹性性质随压力的变化.     

制备工艺对(Mn,Fe)2(P,X)(X=Ge,Si,B)化合物磁性和磁热效应的影响

研究不同制备工艺对Fe2 P-型(MnFe)2(P,X)(X=Ge,Si,B)系列化合物的晶体结构、磁性和磁热效应的影响.利用传统固相烧结结合外磁场加热、不同的热处理温度和时间、淬火和缓慢冷却处理等方法制备了(Mn,Fe)2(P,X)(X=Ge,Si,B)系列化合物.粉末X射线衍射(XRD)实验结果表明,该系列化合物均...     

二硅烯及其相关分子的量子化学计算研究

使用密度泛函法、MP2法和考虑组态相关作用的QCISD和CCD法,对重主族双键化合物二硅烯、二锗烯等进行了优化构型的量子化学计算.计算结果表明,H2X=XH2(X=Si,Ge,Sn,Pb)型分子均为非平面反式弯曲几何构型,亚甲基XH2的基态为单线态.利用计算的"单线态-三线态"能量差ΔEST和双键键能Eσ π分析并解释了非平面反式弯曲几何构型的形成条件和标题物中双键的相对强度.     

二硅烯及其相关分子的量子化学计算研究

使用密度泛函法、MP2法和考虑组态相关作用的QCISD和CCD法，对重主族双键化合物二硅烯、二锗烯等进行了优化构型的量子化学计算．计算结果表明，H2X＝XH2(X＝Si，Ge，Sn，Pb)型分子均为非平面反式弯曲几何构型，亚甲基XH2的基态为单线态．利用计算的“单线态-三线态”能量差ΔEST和双键键能量Ea n分析并解释了非平面反式弯曲几何构型的形成条件和标题物中双键的相对强度．     

(RXN)4与(XNR)4立方簇合物的稳定性

用密度泛函理论DFT ,在B3LYP/CEP 1 2 1G水平上 ,对 (RXN) 4 (X =C ,Si,Ge ,Sn,Pb ;R =H ,CH3,C(CH3) 3,Si(CH3) 3,C6H5)立方簇合物的几何构型、电子结构、振动光谱和化学键性质进行了研究 .结果表明 ,(RXN) 4 的稳定性较差 ,(XNR) 4 的 5种结构的稳定性顺序为 :(PbNR) 4>(SnNR) 4 >(GeNR) 4 >(SiNR) 4 >(CNR) 4 .     

Ⅳ族元素掺杂的α-Fe的第一性原理研究

采用基于自旋极化的密度泛函理论的第一性原理方法,使用超原胞模型对Ⅳ族元素掺杂的α-Fe体系α-Fe:X(X=C,Si,Ge)的电子结构和磁学性质进行了系统研究.计算得到了α-Fe体系掺杂前后的能带结构、电子态密度及电荷密度分布等.对计算结果的分析表明:C、Si元素的替位使原胞的体积有所减小,而Ge的替位则导致原胞体积的增大;C和Ge的替位使得电荷密度分布的方向性增强,预示着C和Ge与周围原子相互作用有比较明显的共价性,而Si的替位却对周围电荷密度的影响很小;掺杂时,各替位原子本身基本上都没有表现出磁性,而各Fe原子都保持有磁性,其磁矩都比纯α-Fe中的Fe原子略大.     

MgH_2反应法制备Mg_2(Sn,Si)基热电材料及性能研究

采用Mg H2与Sn粉、Si粉通过固相反应法结合FAPAS法,实现了Mg2(Sn,Si)基热电材料的制备及快速致密化。采用Mg H2代替单质Mg粉与Sn粉、Si粉为原料进行固相反应可有效避免Mg单质的挥发和氧化。相较于纯Mg2Sn和纯Mg2Si样品,Mg2(Sn,Si)系列固溶体热导率显著降低,但同时电性能也有所下降,样品在500 K时获得最佳ZT值,其中Mg2Si0.5Sn0.5样品的ZT值最高,在500 K时达到0.18.Mg H2反应法由于反应温度低,容易实现,产品晶粒尺寸小,热电性能佳,对于制备Mg-Si体系热电材料有很大的优势。     

Mg_2Si金属间化合物的结构稳定性,热力学和力学性能的第一性原理计算

通过CASTEP软件包中基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Mg_2Si金属间化合物的平衡晶格常数、热力学参数和弹性常数.利用理论公式和分析方法以及经验公式推导了Mg_2Si的密度、结构稳定性、弹性模量、硬度和熔点等.晶格常数、热力学参数和弹性常数的计算值与实验值和理论值吻合,证实了第一性原理方法计算所得参数的正确性与可靠性.推导了Mg_2Si形成热和结合能,结果表明Mg_2Si易形成稳定化合物,具有较强的合金化能力.同时推导了密度ρ、弹性模量E、剪切模量G、体模量B、泊松比ν和各向异性参数A,结果与实验值和其他理论值吻合,证实了Mg_2Si具备低密度、高弹性模量、塑性差以及Mg_2Si相为脆性相的特性.利用经验公式预测了Mg_2Si硬度和熔点,证实其高硬度、高熔点的特性.     

低磁场下获得巨磁热效应的GdSiGeZn合金

在研究Gd5Si2-xGe2Znx,Gd5Si2-zGe2-zZn2z系列合金的等温磁熵变和居里温度时发现,Zn的微量变化对合金的磁热性能影响很大.当x或者2z为0.001时,在1.5 T外加磁场变化下,其最大等温磁熵变分别为20.70 J/(kg.K)(x=0.001)和25.30 J/(kg.K)(2z=0.001),居里温度分别为284 K(x=0.001)和280 K(2z=0.001),其磁热性能远高于没有添加Zn元素的合金(5.03 J/(kg.K)).实验证明,微量元素Zn对Gd5Si2Ge2化合物的合金化处理,可使其在低磁场下的磁热效应得到巨幅提高,其最大等温磁熵变优于文献报道的铸锭合金Gd5(Si1-yGey)4及其他添加元素(如Ga,Sn,Cu,B,Al,Bi,Co,Fe,Ni,Mn,C,H等)替代Si或Ge时在5 T高外加磁场变化下的等温磁熵变.     

Local Structure of Ge／SI（100） Self—Assembled Quantum Dots

Ｔｈｅｌａｔｔｉｃｅｍｉｓｍａｔｃｈｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅａｎｄｔｈｅｏｖｅｒｇｒｏｗｎｌａｙｅｒａｌｌｏｗｓｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｆ ａｓ ｓｅｍｂｌｅｄｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ (ＱＤｓ)ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＳｔｒａｎｓｋｉ Ｋｒａｓｔａｎｏｖｍｅｃｈａｎｉｓｍ[1,2 ] .Ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｖａｒｉｏｕｓｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｙｓｔｅｍｓ,ａｎｄｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒｔｏＧｅ/Ｓｉｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ(Ｑ…     

Hydrogen storage properties of MgH_2 co-catalyzed by LaH_3 and NbH

To improve the hydrogen storage properties of Mg-based alloys, a composite material of MgH_2 + 10wt%LaH_3 + 10wt%NbH was prepared by a mechanical milling method. The composite exhibited favorable hydrogen desorption properties, releasing 0.67wt% H2 within 20 min at 548 K, which was ascribed to the co-catalytic effect of LaH_3 and NbH upon dehydriding of MgH_2. By contrast, pure MgH_2, an MgH_2 + 20wt%LaH_3 composite, and an MgH_2 + 20wt%NbH composite only released 0.1wt%, 0.28wt%, and 0.57wt% H2, respectively, under the same conditions. Analyses by X-ray diffraction and scanning electron microscopy showed that the composite particle size was small. Energy-dispersive X-ray spectroscopic mapping demonstrated that La and Nb were distributed homogeneously in the matrix. Differential thermal analysis revealed that the dehydriding peak temperature of the MgH_2 + 10wt%LaH_3 + 10wt%NbH composite was 595.03 K, which was 94.26 K lower than that of pure MgH_2. The introduction of LaH_3 and NbH was beneficial to the hydrogen storage performance of MgH_2.     

半金属元素掺杂TiN的第一性原理研究

基于密度泛函数理论，采用广义梯度近似方法，对半金属元素原子X（X=B、Si、Ge、As、Sb和Te）掺杂TiN体系的平衡晶格常数和电子结构等进行第一性原理计算，并对掺杂前后的电子态分布变化和形成能进行分析计算．结果表明：掺杂体系中主要的电子贡献仍是N2p态和Ti3d态，随着半金属元素B、Si、Ge、As、Sb和Te的掺入，TiN掺杂体系的导电性能有所提高，但并未超过纯净TiN体系；同时由形成能的计算证明Si掺杂体系最容易达到稳定结构，而Te掺杂是最不稳定的体系．     

金属间化合物Ni3Si合金的燃烧合成

采用燃烧合成方法制备低放热反应体系的Ni3Si和Ni3(Si0.9,Ti0.1)合金粉体材料,研究了球磨时间、预热温度、合金化元素Ti对燃烧合成的影响.实验证明,机械活化、热学活化和合金化元素Ti的加入均能降低点火温度,加速燃烧合成反应的进行.同时采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了产物的物相组成和微观形貌变化.     

MX(M=Fe,Ru,Co和Rh, X= Si和Ge) 合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法分析MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性。计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合,结果表明MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成。计算得到了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比。基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线。基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度。其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质。     

微晶碳在镁基复合储氢材料中的作用

为了提高金属镁的放氢动力学性能,将无烟煤经脱灰并碳化后制得的微晶碳添加到镁粉中,用氢气反应球磨法一步制得高性能镁碳复合储氢材料。用X射线衍射和红外光谱对微晶碳的结构进行了表征,用透射电镜、引射线能谱、粉末X射线衍射对储氢材料的结构进行了测试,用差示扫描量热分析和P—C-T分析对材料的储氢性能进行了研究。结果表明,微晶碳具有类石墨晶体结构,对镁有良好的助磨作用,并与镁有协同吸氢和放氢作用。镁粉中添加40％微晶碳,球磨2h的粒度即可达到30-50nm,储氢材料的初始放氢温度可低至227.4℃,储氢密度可达6.7％。     

基于｛XW_（12）O_（40）｝~（4-）（X=Si/Ge）阴离子的二维Cu（Ⅱ）配合物的合成及晶体结构

利用水热合成技术,成功合成了2种基于Keggin阴离子{XW12O40}4-（X=Si/Ge）的Cu（Ⅱ）配合物：H2[{Cu（4,4′-bipy）3/2（OH）（H2O）}2{XW12O40}].4H2O（X=Si,1;X=Ge,2）,通过单晶X-射线衍射分析、红外光谱、热重-差热分析及电化学手段对配合物进行了结构表征和基本的性质研究.单晶X-射线衍射分析表明,它们互为异质同构体,晶体结构可描述为Cu（Ⅱ）离子通过OH-基团和4,4′-bipy分子连接形成了一维Z形链,链与链之间进一步通过Keggin阴离子的两个端氧原子与Cu（Ⅱ）离子桥联,形成二维层状结构;沿b轴方向观察1和2的晶体结构,发现邻近的层与层之间距离为14.9.     

β-FeSi2热电材料的机械合金化-热处理制备

采用机械合金化和热处理工艺成功制备了β-FeSi2样品,用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对样品的结构与形貌进行分析,探讨球磨时间和热处理工艺对合金化过程的影响.结果显示,在球磨过程中,钢球把Fe粉挤压成块状粉体,把脆性的Si粉破碎成细小的颗粒状.随着球磨时间的增加,Fe粉和Si粉形成片层状结构,然后Fe和Si通过原子扩散实现合金化.为了缩短退火时间并促进β-FeSi2的形成,可以加入少量的Cu.当Fe与Si的原子比为1∶3,Cu的质量分数为3％时,在800℃退火120h可以得到较为纯净的金属间化合物β-FeSi2.     

Local Structure of Ge/Si(100) Self-Assembled Quantum Dot

Local structure of uncapped and Si-capped Ge quantum dots grownon Si(100) has been probed by X-ray absorption fine structure spectroscopy. It is found that the uncapped Ge dots are partially oxidized and partially alloyed with Si. The amount of Ge present in the Ge phase is found to be about 20-30%. In the Si-capped sample, Ge is found to be dissolved in silicon, the fraction of Ge atoms existing as pure Ge phase being not more than 10%.