CVD金刚石薄膜的应力研究

利用Ｘ射线衍射研究了化学气相沉积的金刚石薄膜的应力情况。研究表明：热应力在研究范围内为压应力，本征应力是张应力。分析了薄膜厚度、生长温度。

预沉积无序碳对CVD金刚石成膜的增强作用

研究了热丝CVD系统中预沉积无定形碳对金刚石成核的促进作用，分析了金刚石成核的特征和机理，探索了无定形碳上金刚石成核的条件，并由此实现了YG8硬质合金上金刚石的成核和生长。

金刚石薄膜应用研究的进展和趋势

简要总结了CVD金刚石薄膜应用研究的现状及进展.并结合CVD金刚石薄膜的市场前景和面临的难题,讨论了金刚石工具器件研究的趋势.

CVD金刚石成核的最新研究

研究了化学气相条件下金刚石在非均匀研磨硅基底表面及镜面基底和均匀研磨基底边缘及角域处的成核行为。发现ＣＶＤ金刚石成核不仅依赖于沉积区缺陷，更主要由缺陷的锐度决定，即缺陷加强ＣＶＤ金刚石成核的锐度效应。在对无序碳上ＣＶＤ金刚石成核研究的基础上，讨论了ＣＶＤ金刚石成核的机理，并由此阐明了各种表面预处理及负偏压等增强ＣＶＤ金刚石成核的微观过程。

生长温度对CVD金刚石薄膜的影响

系统研究了ＣＶＤ金刚石薄膜成膜过程中生长温度对薄膜质量、生长率和力学性能的影响。研究结果表明：在典型沉积条件下，生长温度愈高、薄膜的晶体质量愈好；但薄膜的应力状况和附着性能变坏；在８００℃时，金刚石薄膜的生长速率最大。讨论了ＣＶＤ金刚石薄膜作为机械工具涂层的最佳生长温度。

化学气相沉积金刚石薄膜的表面过程

采用简单表面反应模式，对化学气相沉积金刚石薄膜的表面动力学过程进行了研究．得到了金刚石薄膜的沉积速率公式，揭示了影响薄膜生长的因素，并由此讨论了金刚石薄膜生长的机制和规律．

金刚石薄膜中晶粒尺寸的研究

扫描电子显微研究表明，化学汽相沉积的金刚石薄膜中晶粒大小比较均匀，但随着沉积时间和薄膜厚度（即层数）的增加，晶粒逐渐变大，且每一层内，存在少量的大金刚石颗粒。讨论了晶粒尺寸变化和大晶粒形成的原因和机制。

Mg_(97)Y_2Zn_1合金中18R型长周期有序相的微观结构(英文)

通过第一性原理计算研究Mg97Y2Zn1合金中18R型长周期有序相(LPSO)的微观结构,从理论上确定Zn和Y原子在LPSO相中的排列。结果表明:添加原子首先分布在18R型LPSO相两端的层错层,然后向内部的层错层延伸。计算结果与实验现象非常吻合。同时,也揭示了18R与其他LPSO相之间的微观结构关系;结合能和形成焓表明了18R型LPSO相的稳定性与Y和Zn原子含量之间的关系。计算得到的电子结构揭示了18R型LPSO相微观结构和稳定性潜在的机理。

O(~3P)+HBr(DBr)反应的含时量子散射计算(英文)

基于LEPS势能面,用三维含时量子波包法对O(3P)+HBr(DBr)反应进行了准确的动力学计算.计算的结果表明,振动激发对这个反应是有效的,而转动激发在某一能量范围内具有方位效应.计算得到了该反应的速率常数和反应截面,速率常数kO+HBr的计算值同实验值符合得很好.通过对相应结果的对比,可以发现这个反应具有比较明显的同位素效应.

0.5eV时H^++D_2(v=0,j=0)反应的微分、积分截面

基于ab initio势能面(KBNN PES)[1],用耦合通道超球坐标理论研究了碰撞能等于0.5 eV时H++D2(v=0,j=0)的积分,微分截面.对于反应性碰撞,计算的积分截面表明由于深势阱的存在使得这一绝热反应产物的分布表现出一种近似的统计行为.计算的微分截面反映该体系存在着长寿命的中间络合物;对于非反应性碰撞(传能过程),平动—平动传能过程更有效,且其积分截面随着转动量子数的增大而显著减少.通过反应性碰撞和非反应性碰撞积分截面的比较,发现在低能碰撞情况,非反应性碰撞更容易进行.

Mg-Al-Ca合金中三元Laves相的稳定性和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,应用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)计算软件,研究了Mg-Al-Ca合金中三元Laves相,即Ca(Mg_(1-x),Al_x)_2和Al_2(Ca_(1-x),Mg_x)(x=0,0.25,0.50,0.75,1)在不同形态结构(C14,C15和C36)下的相稳定性及电子结构.计算所得的晶格常数和实验值吻合很好,形成能和相关能的计算用来研究三元Laves相的合金化能力和稳定性,结果表明:C14-Ca(Mg_(0.25),Al_(0.75)_2具有很好的合金化能力,而C15-CaAl_2具有很好的结构稳定性.态密度和电荷密度的计算用来研究Mg-Al-Ca合金中三元Laves相稳定性的内在微观机制.

轻质高熵合金Al_(20)Li_(20)Mg_(10)Sc_(20)Ti_(30)弹性性质第一性原理的研究

采用特殊准随机结构(Special Quasi-random Structure,SQS)来处理高熵合金的化学无序性,进而采用第一性原理,研究了面心立方结构(Face-Centered Cubic,FCC)及密排六方结构(Hexagonal Close Packed,HCP)的轻质高熵合金Al_(20)Li_(20)Mg_(10)Sc_(20)Ti_(30)的弹性性质。结果表明,2种结构都是力学稳定的,FCC结构具有更高的硬度,而HCP结构则具有更好的抗压缩性、更好的延展性及更小的弹性各向异性。

以第一性原理研究CaCO_3的表面能与电子结构

采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3(10~10)和(0001)晶面的表面能、表面驰豫与电子结构。结果表明(0001)面因较高的表面能而更不稳定,易与其它物质反应且具有较快的生长速度。(10-10)晶面因表面能低而生长缓慢,容易暴露。弛豫后(10-10)表面的Ca、C原子向内收缩而O原子却略微向外扩张,CO2-3集团发生转动使结构更稳定。(0001)表面的Ca原子以及第二层的C、O原子均向内收缩并且原子弛豫程度比(10-10)面大。计算的DOS表明:与CaCO3体相约5.0eV的带隙相比,表面结构的带隙略微减少,而(0001)表面减少更多。虽然表面C原子与O原子由于强烈的DOS交叠形成典型的共价键,而Ca-O键则相对较弱,(0001)表面结构的C-O和Ca-O键相对更弱,且表面稳定性主要与O-p电子有关。电荷密度表明(0001)面内的C原子与周围3个O原子之间存在强烈的C-O共价键而组成三角形状的CO2-3集团,其键能远大于Ca-O键。(10-10)表面模型的CO和Ca-O键均比(0001)面强,并且表面的电荷密度也高于(0001)面,因而更稳定。

Mg_2Sn的弹性性能和电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法来研究预测Mg2Sn合金相的弹性性能和电子结构。优化计算所得的晶胞参数与实验值符合很好,其负的形成焓表明Mg2Sn具有热力学稳定性。利用应变和应变能的函数关系以及Voigat-Reuss-Hill(VRH)近似法计算了弹性常数和弹性模量,结果表明Mg2Sn有优良的弹性行为。电子结构表明Mg2Sn中存在着Sn—Sn共价键,其在提高Mg2Sn的弹性性能中起着重要的作用。

溶质偏析对Mg-Y-Zn合金层错能的影响

为了有效地改善镁合金机械性能,通过基于密度泛函理论下的第一性原理计算,研究溶质原子(钇和锌)对Mg-Y-Zn合金层错能的影响。计算结果表明:钇和锌原子主要偏析在体系的层错层和层错邻层,并且由于溶质偏析造成了合金层错能显著降低。电子结构的研究表明:在镁和钇以及钇和锌之间形成的强烈的共价键是造成合金层错能显著降低的原因。目前国内外关于合金铃木效应的研究还不够完善,而通过计算机模拟,将以往有关铃木偏析现象的研究从单个原子单种元素扩展到了多种元素多个原子,能够提供有关合金铃木效应的更为深刻的视野与理解。

氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)表面性能的第一性原理研究

【目的】对氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)的表面能、表面弛豫及电子结构进行系统研究。【方法】运用基于密度泛函理论的第一性原理计算体系的表面性能,计算过程采用6层原子和15真空层的Slab模型。【结果】计算得到的氧化钙体相晶格常数合理地符合实验值。氧化钙(100)面的表面能最低因而最稳定,更容易暴露。(110)面表面能介于(100)和Ca-terminated(111)面之间,Ca-terminated(111)面的表面能最高而最不稳定。(100)表面弛豫程度最弱,Ca-terminated(111)表面弛豫程度最明显,而(110)表面弛豫程度则介于(100)和Ca-terminated(111)面之间。(100)表面Ca-O和Ca-Ca之间的电子云强烈重叠,共价成键特征突出,稳定性高。Ca-terminated(111)表面只存在Ca-Ca原子间电子云重叠,且杂化程度明显变弱,因此Ca-terminated(111)面的稳定性最低,(110)面的稳定性居于(100)面与Ca-terminated(111)面之间。【结论】氧化钙中(100)面的表面稳定性能最好,(110)面次之,Ca-terminated(111)面稳定性最差。

GGA+U方法研究ZnO孪晶界对V_(Zn)-N_O-H复合体对p型导电性的影响

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波赝势方法,探究四种ZnO-Σ7(1230)孪晶界中V_(Zn)-N_O-H复合体的电子结构和p型导电机理.计算结果表明,在ZnO-Σ7(1230)孪晶界中,N掺杂后会与锌空位(V_(Zn))、氢填隙(Hi)等点缺陷结合,进而形成V_(Zn)-N_O-H复合体,并出现在孪晶中的晶格应变集中区.此外,四种孪晶界中孪晶GB7a有利于V_(Zn)-N_O-H离化能降低,从而使其表现出浅受主特征.分析显示特殊的孪晶结构导致了氮替位(N_O)与近邻的O原子间距离缩短,阴离子之间发生相互作用,导致禁带中的空带能级下降,降低了电子跃迁所需能量.这一结果也说明GB7a孪晶界中的V_(Zn)-N_O-H可能成为N掺杂ZnO材料的p型导电的来源之一.

非金属溶质C、H、O和N对α型钛合金基面滑移的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了非金属溶质C、H、O和N对α型Ti合金(0001)[11 20]和(0001)[10 10]基面滑移的影响。研究结果表明,非金属原子使(0001)[10 10]基面滑移的广义层错能降低。其中,不稳定层错能γus的降低将导致该方向滑移的运动性能增强,而内禀层错能的降低将有利于I2层错的形成。对于(0001)[11 20]基面滑移,除H原子外,C、N和O原子都使Ti合金的广义层错能升高,这将使基面在[11 20]方向上滑移的能垒增加,促使该方向上的全位错向其他方向分解。通过进一步对Ti合金的Bader电荷、差分电荷密度分布和局域态密度的计算,从微观上分析了非金属溶质原子对Ti合金基面滑移的影响。电子结构的研究表明,非金属原子X(X=C、H、O和N)与其邻近的Ti原子之间形成强度稳定的TiX共价键,其对滑移过程起着重要的作用。

化学有序Al_xGa_(1-x)N合金的第一性原理研究(英文)

基于第一性原理方法系统研究了化学有序结构AlxGa1-xN合金的结构特征和电子性质.结果表明:随着组分x的增大,化学有序结构AlxGa1-xN合金的晶格常数逐渐减小,而结构稳定性变强.计算的电子结构揭示:化学有序结构AlxGa1-xN合金是直接带隙半导体,其带隙随着x的增大而变宽.化学有序化对带隙变化的影响可能源于量子阱的局域化,且化学有序结构AlxGa1-xN的化学键是包含明显离子特性的共价键.

Mg_3Ce基态结构的GGA和GGA+U对比研究

采用基于第一性原理的计算软件VASP对Mg3Ce的基态结构分别在GGA方法和GGA+U方法下进行了研究.通过GGA计算得到的结构常数与实验值吻合,但是计算结果表明基态结构为铁磁结构,而且所得到的磁矩为0.94μB,这些都与实验值不符合.为了更好地描述Mg3Ce的性质,我们引入了GGA+U计算,结果表明当Ueff=7.0eV的时候所得到的结构常数、基态结构和磁矩都与实验值很好地符合,因此引入GGA+U计算是必要的,且Ueff=7.0eV在GGA+U计算中是合理的.通过电子结构,进一步揭示了Mg3Ce的内在机制.发现Ce的f态电子对总的态密度的贡献是很大的,因此对于Mg3Ce性能的研究必须要考虑到f态电子的贡献.