收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

集流体材料铜薄膜中锂离子输运机制的第一性原理研究

熊志华  
【摘要】:铜薄膜被广泛地用作锂离子电池负极集流体材料,最近Suzuki等人实验发现了锂离子在铜薄膜中的扩散现象,引起了人们的极大兴趣。本文应用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法,较系统地研究了铜体相和表面相,以及锂离子在铜薄膜中的扩散行为。通过计算机模拟设计和理论计算我们得到了铜晶格常数、铜表面能、空位形成能、空位扩散势垒等,并在此基础上得到了锂离子扩散的理论信息等一些具有创新性的结果。归纳起来主要有: 利用第一性原理赝势法,研究了铜体态的基本性质。我们发现,广义梯度近似(GGA)能提供更准确的计算精度,计算得到了铜的晶格常数为0.3635nm,内聚能为3.728eV。计算结果与实验值和其它理论计算值均吻合得较好。在本文的后续计算中,晶格常数都引用该值。 利用第一性原理赝势法,采用6层原子层的层晶模型研究了完整铜表面、含空位缺陷表面的性质。计算结果表明,在铜的几个低维指数面中,Cu(111)面的表面能最低,驰豫量最小,与实验观察到的现象完全吻合;而且与体态电子结构相比,表面原子价带向费米面偏移。理论计算还给出了表面层、次表层和中间层空位形成能,提出了铜空位更易在表层形成的观点。 利用第一性原理分子动力学方法,研究了铜薄膜中锂离子的输运机制。本文分别采用了两种方法研究锂离子的扩散行为:(1)用绝热轨道方法计算了锂离子在各种可能扩散机制下的势垒,其最低势垒值约为0.6eV左右。根据计算结果,我们首次提出,铜薄膜中锂离子最可能的扩散机制是最近邻空位协助扩散机制:从理论上证实了体系空位数量的增加,有利于锂离子扩散;同时指出了锂离子扩散势垒与铜薄膜厚度有关。(2)用完全分子动力学方法研究了扩散的温度效应,在充分驰豫后,分别计算了在273K和1273K温度下体系中锂和铜扩散的均方位移与时间的关系。结果表明,随着温度的提高,锂离子扩散明显加剧,而铜的扩散相对不敏感。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 苏东东;卢贵武;周广刚;王坤;;天然气-水-活性剂混合体系在石英表面吸附微观机理研究[J];硅酸盐通报;2011年03期
2 曹思;龚佳;钟澄;李劲;蒋益明;;同位素示踪法研究铜薄膜在水汽中的氧化传质机理[J];物理学报;2011年07期
3 张天驰;张菁;;模拟蛋白质折叠过程的新算法研究[J];生物信息学;2011年02期
4 袁晓辉;王迎晨;曲章义;任家毅;王靖飞;郭莹莹;王雅贤;华东;吴晓敏;杨志伟;高虹;;进化树指导的腺病毒六邻体家族蛋白的快速建模[J];高等学校化学学报;2011年08期
5 亓文鹏;涂育松;万荣正;方海平;;提高水分子流出纳米碳管速度的特殊水分子偶极排布研究[J];应用数学和力学;2011年09期
6 李桂菊;张军;庄新国;刘平;;基于文献计量的天然气水合物研究方向趋势分析[J];资源与产业;2011年03期
7 王晋宝;田美灵;张洪武;郭旭;;单壁碳纳米管的耦合行为研究[J];力学季刊;2011年02期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐爽;郭雅芳;;纳米铜薄膜尺度效应的分子动力学研究[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
2 徐爽;郭雅芳;;单晶铜薄膜拉伸性能的分子动力学研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 徐然;刘彬;;非平衡态分子系统中温度的计算[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
4 赵亚溥;;纳米尺度表/界面力电耦合的分子动力学/第一原理模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
5 郑勇刚;;金属纳米线力学行为的分子动力学研究[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年
6 刘光勇;;有孔纳米单晶铜薄膜拉伸断裂特性的分子动力学模拟[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
7 魏东山;李奕杰;廖琦;金熹高;;分子动力学模拟研究聚合物相图[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
8 陈晓军;黄玮;高小铃;;外电场下PDMS化学键解离的从头算分子动力学计算[A];首届核化学与放射化学青年学术交流会论文摘要集[C];2006年
9 黄光速;王晓安;吴锦荣;郑静;;PIB在Tg以上的分子动力学研究[A];中国化学会第28届学术年会第7分会场摘要集[C];2012年
10 杨俊升;杨传路;王美山;陈保栋;马晓光;;碳纳米管与石墨诱导烷烃分子结晶的分子动力学研究[A];第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高雪峰;嘧啶核苷磷酸化酶、鳞状上皮细胞癌抗原以及亚甲基四氢叶酸脱氢/水解酶的分子模拟[D];吉林大学;2005年
2 陈冬;二维原子团簇和缺陷团簇的跃迁及扩散行为研究[D];湖南大学;2010年
3 张治国;单晶材料纳米级切削机理的研究[D];天津大学;2009年
4 李之杰;碳团簇沉积类金刚石薄膜机制的分子动力学模拟研究[D];复旦大学;2004年
5 熊大曦;某些热现象的分子动力学研究[D];清华大学;1998年
6 郑采星;液态(943K)Al快速凝固为非晶态过程中微观结构的分子动力学模拟研究[D];湖南大学;2001年
7 程东;Cu/Ni纳米多层膜微观强化机理及微摩擦学特性的分子动力学模拟[D];大连海事大学;2005年
8 陈小燕;纳米通道内流体的分子动力学研究[D];中国科学技术大学;2008年
9 叶翔;纳米体系结构相变及物性的分子动力学模拟[D];复旦大学;2007年
10 郑斌;基于分子动力学的金属纳米颗粒和纳米线的变形行为研究[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶杰成;波耳兹曼传输方程和分子动力学对铜薄膜热导率模拟研究及其比较[D];大连理工大学;2001年
2 朱素华;共阳离子碱金属卤化物熔融盐的分子动力学模拟[D];广西大学;2004年
3 胡应杰;硝化甘油结构与性能的量子化学、分子动力学和分子力学研究[D];南京理工大学;2004年
4 赵骞;Cu(001)表面上团簇Cu_(13)和Au_(116)及沉积原子Cu结构的分子动力学研究[D];东北大学;2008年
5 武淑珍;水溶液在热钢材表面运动状态的分子动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
6 吴晓;高压下AlH_3相变的第一性原理研究[D];华东师范大学;2010年
7 王三跃;褐煤结构的分子动力学模拟及量子化学研究[D];太原理工大学;2004年
8 寇云鹏;单晶硅纳米级切削过程的分子动力学仿真研究[D];燕山大学;2010年
9 肖时芳;Fe、Ni、Zr纳米晶体微观结构与力学性能的分子动力学模拟[D];湖南大学;2004年
10 熊志华;集流体材料铜薄膜中锂离子输运机制的第一性原理研究[D];江西师范大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 南京航空航天大学纳米科技中心 郭万林;纳米科学计算模拟方法的发展[N];科技日报;2002年
2 李大庆;玻璃上的水是啥样[N];科技日报;2004年
3 ;LED灯及其制造方法[N];中国有色金属报;2005年
4 廖沐真;孕育中的新兴学科[N];科技日报;2001年
5 胡德荣;19个化合物能抑制SARS病毒[N];中国医药报;2003年
6 汪洪华;64位提升高性能计算[N];中国计算机报;2000年
7 结晶;研究人员解开硅结晶之谜[N];中国电子报;2002年
8 本报记者 李万刚;研究探测基因信息的“耳目”[N];大众科技报;2002年
9 本报记者 黄智军;浪潮:开辟桌面超级计算机“蓝海”[N];计算机世界;2009年
10 ;国内速度最快桌面万亿次超级计算机面市[N];人民邮电;2009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