收藏本站
收藏 | 论文排版

BiMO_3,Nb_4SiC_3和掺杂Cr_2Nb的力、电以及光学性能的第一性原理研究

李晨亮  
【摘要】:以密度泛函理论为基础的第一性原理计算方法可以模拟材料的结构以及计算材料的各种物理化学性质,并且能够深入理解材料从宏观到微观多个尺度的各类现象与特征。而且第一性原理方法还能够预测新材料以及它的各种性能,为材料的设计、制备提供理论的指导和依据。在本论文中,采用第一性原理的方法研究了四种化合物BiMO3(M = Al, Ga, In和Sc)的结构和性能,并且预测了一种新材料Nb4SiC3以及它的性能。最后研究了掺杂元素X(V, W, Mo, Zr, Hf和Ta)对Cr2Nb断裂性能的影响。 首先,采用第一性原理方法研究了四种无铅铁电压电材料BiMO3(M = Al, Ga, In和Sc)的几何结构、电子结构、弹性常数以及光学性能。对化合物BiMO3 (M = Al, Ga和Sc)弹性常数的计算表明了它们都是机械稳定的。电子结构的分析表明,这四种化合物都是绝缘体,带隙在2.03 eV– 3.36 eV之间变化。这四种化合物的带隙都是由O 2p态和Bi 6p态所决定,而且它们都具有共价键的特征,其中M-O共价键的强度要比Bi-O键高,这四种化合物的电子性能主要是由M原子决定的。因此,可以通过合理的选择M原子来设计出具有期望电子性能的BiMO3材料。通过计算和分析介电函数、吸收光谱、折射率、消光系数、反射率和能量损失光谱,研究了这四种化合物BiMO3(M =Al, Ga, In和Sc)的光学性能。结果表明,这四种化合物都是潜在的介电材料。这些性能的研究对于扩大这四种化合物的应用领域具有重要的意义。 接下来,采用第一性原理方法预测了一种新的陶瓷-金属复合材料Nb4SiC3,并且研究了它的结构稳定性、机械性能、电子性能、理论硬度和光学性能。结果表明, Nb4SiC3的稳定相出现在α型,弹性常数计算表明α- Nb4SiC3是机械稳定的,而且弹性具有轻微的各向异性。电子结构的计算表明,α-Nb4SiC3是一种金属但同时也具有共价键的特征。而且,C-Nb键的强度要高于Si-Nb键。理论硬度的计算表明,C与Nb之间的键合是这种材料具有较高硬度的原因,而且用Si原子取代Nb4AlC3中的Al原子能够提高材料的硬度。另一方面,α-Nb4SiC3拥有比Nb4AlC3更好的韧性和更高的硬度。我们也计算和分析了α-Nb4SiC3的介电函数、吸收光谱、光电导率、能量损失光谱和反射率。它的介电函数呈现出了金属的Drude色散行为,而且当入射光能量为8 eV时,α-Nb4SiC3对于光的吸收能力最强。最后,通过与Ti4AlN3和TiN的反射率光谱的比较,我们推断出α-Nb4SiC3很可能是一种比Ti4AlN3更好的抵挡太阳光热的涂层。 最后,采用第一性原理的方法研究了掺杂元素X(V, W, Mo, Zr, Hf和Ta)对Cr2Nb体系断裂性能的影响。目的是从微观的角度上解释掺杂元素对Cr2Nb体系断裂性能影响的机理。首先计算了纯Cr2Nb晶体的晶格参数和弹性常数,结果与实验值具有很好的一致性。另一方面,掺杂Cr2Nb晶体的晶格参数也被计算。结果表明,占据Cr位的掺杂元素X(V, W, Mo, Zr, Hf和Ta)使Cr2Nb晶体的晶格常数有所增加,而占据Nb位的掺杂元素X使Cr2Nb晶体的晶格常数有所减少(Zr和Hf除外)。通过计算位置占据能,确定了掺杂元素X (V, W, Mo, Zr, Hf和Ta)在Cr2Nb晶体中的位置占据。掺杂元素V占据Cr位,元素W和Mo对Cr位有较弱的占据倾向,而元素Ta, Zr和Hf则占据Nb位。断裂能Gc和临界应力σc的计算表明了占据Cr位的V和占据Nb位的X(W,Zr)能够增强Cr2Nb的断裂强度,而占据Cr位的X(W,Mo)和占据Nb位的X(Mo, Ta, Hf)能够减少Cr2Nb的断裂强度。这些结果与已有的实验结果是相一致的。同时也说明掺杂元素W对Cr2Nb断裂强度的影响强烈依赖于它在Cr2Nb晶体中的位置占据。通过计算电荷密度,我们从原子水平的微观角度上解释了掺杂元素对Cr2Nb体系断裂性能影响的本质原因。揭示了掺杂元素X与Cr/Nb原子之间的强烈杂化是提高Cr2Nb断裂强度的必要条件。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 魏娜然;温斌;宫长伟;马红军;李廷举;;新金刚石电子结构的第一性原理研究[J];高等学校化学学报;2006年02期
2 何林;何旭;房勇;曾明凤;唐明杰;薛学东;;压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2010年04期
3 于洋,徐力方,顾长志;氢吸附金刚石(001)表面的第一性原理研究[J];物理学报;2004年08期
4 李淼泉;姚晓燕;;置氢α-钛和β-钛晶体结构的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2013年03期
5 李英德;分子和金表面相互作用的第一性原理研究[J];潍坊学院学报;2002年06期
6 宫长伟;王轶农;杨大智;;NiTi形状记忆合金马氏体相变的第一性原理研究[J];物理学报;2006年06期
7 于海林;;氮化银结构特性的第一性原理研究[J];常熟理工学院学报;2007年04期
8 朱佳;林红;朱春城;柏跃磊;;Ti_2AlC热力学性能的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2013年S1期
9 阮林伟;朱玉俊;裘灵光;卢运祥;;C_3N_4基本性质的第一性原理研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2013年06期
10 付召明;王明阳;张岩星;张娜;杨宗献;;第一性原理研究由金属镍和钇稳定的氧化锆所形成的三相边界微观结构(英文)[J];物理化学学报;2014年06期
11 刘博;王煊军;卜晓宇;;高氯酸铵电子结构第一性原理研究[J];火炸药学报;2014年04期
12 李红海,李英德,王彦华,王传奎;分子和金表面相互作用的第一性原理研究[J];原子核物理评论;2002年02期
13 顾惠敏;王东来;翟玉春;刘丽影;李德发;;LiNiO_2及掺杂化合物的结构与稳定性的第一性原理研究[J];分子科学学报;2007年02期
14 刘军;刘桂勇;陈志刚;;碳、氮沉积形成CN_x的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2008年S1期
15 倪利红;刘涌;宋晨路;徐刚;韩高荣;;第一性原理方法研究CdS能带结构[J];稀有金属材料与工程;2008年S2期
16 刘光清;王六定;王益军;杨敏;;碳掺杂(9,0)型闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究[J];人工晶体学报;2010年01期
17 刘洪波;孙洪国;;KLTN晶体表面性质的第一性原理研究[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2014年01期
18 罗改霞;路战胜;杨宗献;;M(Al,Cu,Pd,Pt,Rh,Zr)掺杂CeO_2的第一性原理研究[J];中国稀土学报;2007年S1期
19 张士晶;李光华;华佳;施展;张刚华;袁宏明;姚斌;冯守华;;α-SrMnO_3电子结构的第一性原理研究[J];高等学校化学学报;2009年02期
20 顾牡;林玲;刘波;刘小林;黄世明;倪晨;;M'型GdTaO_4电子结构的第一性原理研究[J];物理学报;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜晓庶;Walter R.L.Lambrecht;;半导体非线性光学材料的第一性原理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
2 郑晓;陈冠华;;开放电子体系的第一性原理方法[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
3 宋庆功;褚勇;王艳波;耿德平;郭艳蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的结构及其稳定性研究[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010(13)卷[C];2010年
4 孙学勤;周树兰;林娜;李良;张玉芬;赵显;;关于金刚石的硬度的第一性原理研究[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
5 周安;舒翠翠;刘立胜;翟鹏程;;双填充方钴矿电子结构和电传输性能的第一性原理研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 曾凡林;孙毅;;PVDF单链拉伸的第一性原理模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
7 潘红亮;王月花;;铁酸铋光学特性的第一性原理研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
8 宋庆功;王延峰;康建海;严慧羽;;第一性原理方法在插层化合物Li_xTiS_2结构与性能研究中的应用[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年
9 刘红;邓莉;刘雷;杜建国;;MgSiO_3熔体高温高压状态方程的第一性原理分子动力学研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
10 平飞林;蒋刚;张林;朱正和;;~3He对LaNi_5储氚性能影响的第一性原理研究[A];第八届全国核靶技术学术交流会论文摘要集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈默涵;基于局域轨道的第一性原理软件发展[D];中国科学技术大学;2012年
2 张玉娟;温稠密乙烷等流体物性的第一性原理分子动力学研究[D];中国工程物理研究院;2013年
3 李达;典型轻元素超硬多功能材料的第一性原理研究[D];吉林大学;2013年
4 倪利红;应力、应变诱导钙钛矿及类钙钛矿材料铁电相变的第一性原理研究[D];浙江大学;2012年
5 张素红;纯锆及铑锆金属间化合物结构与物性的第一性原理研究[D];燕山大学;2013年
6 孙源;多铁材料结构与性质的第一性原理研究[D];吉林大学;2009年
7 王雪黎;基于第一性原理的自旋转换机理研究[D];华中科技大学;2012年
8 蒋雪;碳基和类碳超硬材料的第一性原理研究[D];大连理工大学;2013年
9 包刚;高压下卤仿晶体结构、电子结构及光学性质的第一性原理研究[D];吉林大学;2010年
10 朱岩;材料新颖磁机制和电子结构的第一性原理研究[D];复旦大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武国勋;基于第一性原理的位错运动特性的分子模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
2 刘慈仁;氧化锌P型掺杂第一性原理研究[D];江西师范大学;2007年
3 万海青;一元团簇与二元团簇电子输运性质的第一性原理研究[D];江西师范大学;2008年
4 王贵;金和铝团簇的第一性原理研究[D];复旦大学;2009年
5 徐奔;半金属材料的第一性原理研究[D];北京工业大学;2011年
6 余黎飞;半导体可饱和吸收体光学性质的第一性原理研究[D];山东大学;2013年
7 欧诒典;氧化钇中辐照缺陷形成及稳定性的第一性原理研究[D];清华大学;2011年
8 赵慧芳;第一性原理研究氧化锌的p型掺杂和钛酸锶的表面吸附[D];西安电子科技大学;2009年
9 于海林;单键立方相氮的第一性原理研究[D];湘潭大学;2006年
10 李珍;过渡金属化合物第一性原理研究[D];河南师范大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978