Cu-Fe合金单原子链结构稳定性和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,系统地研究了轴向应力作用下均匀交替构型和非均匀二聚体构型Cu-Fe合金单原子链的结构稳定性和磁性.均匀交替构型Cu-Fe合金单原子链在较大的原子间距范围内能够稳定存在,而二聚体构型Cu-Fe~*合金单原子链中易于形成Fe_2二聚体结构,稳定性较低.Cu-Fe合金单原子链在应力拉伸作用下由锯齿形结构向直线形结构转变的同时,其磁耦合特性也由铁磁耦合转变为反铁磁耦合.电子结构的分析表明Cu原子和Fe原子间的轨道杂化和电荷转移导致了Cu-Fe合金单原子链的高稳定性.     

Au-Ag合金纳米管填充碳纳米管特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,研究了Au-Ag合金纳米管同轴填充不同线径锯齿型(n, 0)碳纳米管所形成复合系统的稳定性、电子特性和力学性能.结果表明,内、外管间距约为4.20?的Au_xAg_(4-x)@(15, 0)复合系统为具有较大填充率的最稳定结构.能带结构分析表明,相对于自由Au-Ag合金纳米管复合系统的量子电导有所增加,电子态密度分析表明复合系统中的传导电子主要来源于内部Au原子和Ag原子的s电子以及外部C原子的p电子.相对于自由金属纳米管而言,碳纳米管的包裹使得金属纳米管的轴向拉伸临界应变和理想强度大大增加,有效地提高了其力学性能.     

Au-Ag、Ag@Au纳米颗粒的制备及光学性能的研究

通过改进的Frens法,制备出含金量不同的Au-Ag合金纳米颗粒和Ag@Au纳米颗粒.通过测试,UV-Vis光谱结果表明,Au-Ag合金纳米颗粒只有一个介于Au、Ag峰值之间的等离子体共振峰;且峰值与金的摩尔分数呈线性关系.SEM、TEM结果表明Ag@Au纳米颗粒有约为13 nm的壳层;而Au-Ag合金纳米颗粒没有核壳结构,说明是合金,并且随着Au-Ag合金中Au的成分的逐渐增加,粒径趋于均匀、形貌趋于稳定的类球型.     

Cr原子链的几何结构与电子性质研究

基于第一性原理方法研究Cr原子链可能形成的几何结构与电子性质.计算表明:Cr原子链可形成线性型、二聚化型、平面之字型和梯型等一维原子链.梯型结构的原子链结合能最大,稳定性最好,二聚化型结构次之,然后是大角度的之字型结构、小角度的之字型结构,线性结构的结合能最小.其中二聚化结构原子链的能带表现出间接带隙的特征,大角度之字型结构原子链为半金属性,小角度之字型结构原子链的能带则表现为较强的金属性.同时还讨论了这些结构的相对稳定性以及各链式结构的电子能带、电荷密度等性质.     

聚丙烯腈PAN结构链的密度泛函理论研究

在HF/STO-3g基础上,利用密度泛函B3P86方法,选用6-311g基组,对聚丙烯腈PAN的结构链进行了理论研究.在结构优化方面,主链CC平均键长0.154 1 nm,属于sp3型杂化.支链CC平均键长0.146 0 nm.CN平均键长0.115 7 nm.电荷分布方面,计算得出,主链C原子带较强的负电荷,N原子带负电荷,相对较弱.H原子带较强的正电荷,是和N原子相连的C原子所带正电荷的3倍多.最后分析了结构链的振动模式.     

电子在硅掺杂石墨烯结构中的输运特性

该文利用密度泛函理论计算了石墨烯6×3×1单层分子中的电子传输特性.计算结果表明,Si掺杂位置不同,石墨烯的能带结构发生改变.然后沿锯齿型方向加电极电压0.5V,再分别沿锯齿型方向和扶手椅型方向进行掺杂,利用Dmol~3模块分析得到其传输特性曲线.计算结果表明,在掺杂原子均匀分布时,在其两端加正向电压和反向电压的情况下,电子传输相对较为稳定.当沿锯齿型方向和扶手椅型方向间隔掺杂时,电子反向传输浮动较大.并且发现在扶手椅型方向上掺入Si原子增多,则电子传输曲线峰值降低,符合欧姆定律的特性.     

合金靶材择优溅射的SRIM模拟研究

利用SRIM2013软件,分别模拟计算了3组合金靶材Fe-Cr、Cu-Ni和Au-Ag在氩离子入射时的溅射产额,根据计算结果得出3组合金均存在择优溅射现象,择优溅射与金属原子的表面结合能有关的结论。同时模拟了 Au-Ag合金的溅射产额随入射离子能量和合金成分的变化情况,并分析其择优溅射机制。     

单层石墨烯力学性能尺寸效应的有限元分析

本文采用杆件系统模拟单层石墨烯结构,其中石墨烯的碳-碳共价键视为杆件,碳原子视为杆件之间的连接点。基于杆件系统的有限元方法,计算出单层石墨烯的杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性能参数。在此基础上,构建尺寸从小到大的8个单层石墨烯计算模型,求得各种尺寸下杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性能参数。通过分析这些力学性能参数随着尺寸变化而变化的结果,研究单层石墨烯力学性能的尺寸效应。数值算例表明,在小尺寸下扶手型和锯齿型单层石墨烯力学性能的尺寸效应显著,而随着计算模型尺寸的增大,尺寸效应出现弱化;并且相同尺寸的情况下,扶手型单层石墨烯的杨氏模量和剪切模量总是大于锯齿型的相应量。     

Ag-Cu二元合金固相区的相平衡计算

本文在贵金属位能函数理论基础上,应用平均原子模型,给出了二元Ag-Cu合金的位能函数表达式,并结合Kikuchi的集团变分方法(CVM)及相平衡条件,对Ag-Cu合金固相区的相平衡进行了计算,计算结果与实验相图相符合,最后对结果进行了讨论。     

广义Vegard定律和广义余氏定律

本文指出,Vegard定律与实际情况不符的根本原因在于它没有考虑到溶质和溶剂原子在固溶体中由于近邻原子的不同而引起原子电子结构状态的变化。此文在考虑了原子状态的变化和确定的原子状态具有固有的特征晶格参量基础上,提出了广义Vegard定律和广义余氏定律。在Au-Cu合金中,Au和Cu原子的价电子状态向h态方向分裂,从而形成向上凸的a—c曲线。按新堤出的广义Vegard定律和广义余氏定律计算的a—c理论曲线与实验结果极为一致。     

W原子链的结构稳定性和电子性质

使用基于密度泛函理论的第一原理平面波赝势法,研究了W原子链的结构稳定性和电子结构性质.计算表明:W原子可以形成线性链、平面之字型、二聚化以及梯子型等一系列的一维链式结构.之字型结构最稳定,其他结构为亚稳定.通过对计算所得的电子结构的讨论,发现这种现象与Peierls畸变有关,同时还讨论了这些结构的相对稳定性以及各链式结构的电子能带、态密度和电荷密度等.     

空位缺陷对单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响

采用Tersoff势对完美的和含空位缺陷的单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,分别研究了单个单原子空位缺陷和单个双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯拉伸力学性能及变形机制的影响.研究结果表明,单原子空位缺陷和双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯薄膜的杨氏模量没有影响,但在一定程度上降低了拉伸强度和拉伸极限应变.单原子空位缺陷和双原子空位缺陷使拉伸强度降低幅度最高达8.10%和6.41%,并大幅度降低极限应变.缺陷对石墨烯的拉伸变形破坏机制也有一定的影响.在外载作用下,新的缺陷的萌生位置均出现在空位缺陷附近.     

自由空间中一维W原子链的磁性

应用基于密度泛函理论的第一原理方法,对自由空间中的一维W原子链的磁性进行了计算.得到了考虑自旋轨道相互作用的铁磁,反铁磁以及螺旋磁性结构的一维W原子链的原子磁矩随原子间距的变化及相应的磁学性质,并与不考虑自旋轨道相互作用的情况做了对比.结果发现,原子链的原子磁矩在原子间距的一个小变化范围内有个跃升,最终趋于单原子磁矩;与体材料时不同,稳定的一维W原子链具有磁性,而且反铁磁W原子链的相对稳定性高;轨道磁矩在有近邻原子作用时出现,且极化方向与自旋极化方向相反.最后,也对W一维原子链的电磁性质进行了讨论.     

镍原子链磁性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了自由空间中的一维镍原子链的结构稳定性和电子性质.计算结果发现,镍的线性和平面之字型一维链式结构和体金属镍一样,基态都表现出铁磁性,并且从三维的金属镍到二维平面之字型结构链再到一维线性原子链,体系磁性逐渐增强.通过对两种原子链态密度的分析发现,在低维状态下镍原子链不管是直线链还是之字型结构都有很高的自旋极化率,说明一维镍原子链在自旋电子器件方面有潜在的应用前景.     

单层倒悬链型叉筒网壳静力与稳定性研究

针对以倒悬链线作为交叉柱面准线的单层倒悬链型叉筒网壳,对其常见网格形式结构的静力与稳定性进行比较,得到了结构最佳网格形式.在此基础上,将单层倒悬链型叉筒网壳与圆弧型叉筒网壳进行了静力性能与稳定承载力对比,研究了倒悬链型叉筒网壳的稳定性,包括屈曲模态及杆件截面尺寸、结构几何缺陷、荷载不对称分布与支座约束形式等对结构极限承载力的影响.结果表明,单层倒悬链型叉筒网壳三角形网格形式结构性能最佳;该结构相比圆弧型叉筒网壳具有明显的优越性;初始缺陷对结构稳定性影响较为显著,计算时应考虑1/300跨度的初始缺陷峰值;结构对不对称荷载作用较为敏感;矢跨比为0.50时,网壳的稳定性最好,为最优矢跨比.     

金银合金纳米粒子的制备

以柠檬酸钠为稳定剂,利用硼氢化钠还原AgNO3和HAuCl4混合溶液制备了Au-Ag合金纳米粒子,UV-Vis光谱谱图只观察到一个位于纯银和纯金之间的表面等离子体共振峰,且该表面等离子体共振峰的最大吸收波长与合金中Au的摩尔分数成线性关系.TEM结果表明:Au-Ag合金纳米粒子的粒径大约为43 nm,且颜色均一,没有明...     

含合金元素γ-Fe晶胞价电子结构及其对相变过程的影响

利用固体与分子经验电子理论,对奥氏体中含合金元素γ-Fe晶胞的价电子结构进行了计算分析.结果表明,合金元素溶入γ-Fe晶胞后,其价电子结构发生了较大变化,Fe原子杂化态向较高杂阶迁移,其相结构因子均有不同程度的增加.同时晶胞内形成了由强键组成的八面体结构,阻碍了原子的移动,使得γ-Fe晶胞在相变过程中产生"类拖曳效应",提高过冷奥氏体的稳定性,亦会延缓马氏体相变的进程.     

单层石墨烯温度效应的分子动力学模拟

在不同温度条件（0 K-3000K）下,采用AIREBO势函数对单层石墨烯薄膜的弛豫性能和拉伸性能进行分子动力学模拟,研究单层石墨烯在弛豫过程中温度效应对其原子结构的影响以及单层石墨烯在拉伸过程中力学性能与温度效应的关系.研究结果表明：单层石墨烯的弛豫性能和拉伸性能均对温度具有很强的依赖性.理想状态下,单层石墨烯的弛豫是一个原子结构的动态平衡过程,随着温度升高,石墨烯稳定性降低,弛豫过程中原子的波动起伏变得不规则和剧烈起来.在温度从0K上升到3000K的过程中,单层石墨烯的拉伸强度、拉伸极限应变和弹性模量值均呈现下降趋势,且锯齿型石墨烯的弹性模量对温度的依赖程度比扶手椅型大,薄膜的拉伸随温度变化表现出不同的破坏形态.     

二维V型AlP半导体及其可调直接带隙

一种新型单分子层V型结构磷化铝(V-AlP)二维半导体材料被理论预测,且通过第一性原理计算,它的稳定性和电学性质也得到详细考察. 在外加应力和电场作用下,其电子结构被有效地调控.计算结果表明它有很好的稳定性,且具有宽的直接带隙(2.6 eV).在双轴应力下,其带隙可以在(1～2.6 eV)范围内调控.在外加张力的作用下,其直接带隙可以转变成间接带隙.在不同的应力作用下, 单层 V-AlP的能带结构变化趋势明显不同,因此其表现出对外加应力的各向异性. 当外加电场从5 V·nm－1变为10 V·nm－1时,单层V-AlP的带隙可以从0 eV线性调控到2.6 eV. 研究结果表明应力和电场都可以有效地改变单层V-AlP的电子能带结构,因此这种二维V－AlP在纳米电子器件中有着广阔的应用前景.     

锯齿型GeSe纳米带的边缘态对整流效应的调控研究

锯齿型硒化锗(ZGeSeNR)是准一维纳米结构的材料,由于其具有特殊的维度特性及优异的电子特性而成为研究热点.本研究使用密度泛函理论和非平衡格林函数结合的方法,系统地研究了边缘结构对锯齿形硒化锗纳米带的电子结构及输运性质的影响.能带结构图显示边缘裸露的ZGeSeNR、P和S原子钝化边缘的ZGeSeNR具有导电的金属性质,用F,Cl, H原子和OH^-根离子钝化处理边缘后的ZGeSeNR则表现出半导体性质.基于不同边缘结构的ZGeSeNR构建金属-半导体界面的两电极器件模型,计算出的器件电压-电流曲线证实了边缘态对整流效应的调控作用.特别是裸露-H原子钝化的锯齿型GeSe纳米带(H-ZGeSeNR)器件中的整流比可达到8.7×10⁵.改变该器件结构中散射区内钝化原子的数目来调控整流特性,最高可得到1.1×10⁷的整流比.研究结果对设计ZGeSeNR纳米整流器提供了重要参考.