La掺杂AgSnO_2触头材料导电性能的第一性原理分析

Ag SnO_2是一种较为理想的Ag Cd O替代材料,但由于其中SnO_2近乎绝缘,使得触头材料的接触电阻增大,故改善SnO_2的导电性是急需解决的重大难题。采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法,通过建模的方法,分别建立不同比例(50%、25%、16.67%、12.5%、8.34%)La掺杂的SnO_2晶胞模型,并计算分析其晶格常数、电荷布居、能带结构和态密度等性质。结果表明,La掺杂后触头材料中的SnO_2仍属于直接带隙半导体材料,但其禁带宽度变小,载流子浓度变大,使得材料的导电性增强。当La掺杂比为16.67%时导电性最佳。

稀土元素掺杂AgSnO_2触头材料的第一性原理理论研究（英文）

AgSnO_2触头材料中Ag具有良好的导电性,SnO_2具有较高的热稳定性。但是,SnO_2是一种宽禁带半导体,近乎绝缘,使得AgSnO_2触头材料的电阻较大。通过对SnO_2进行掺杂,使SnO_2由绝缘改性为导电,能有效改善AgSnO_2的电性能。采用第一性原理研究了稀土元素La、Ce、Nd掺杂后的电子结构,对纯SnO_2和掺杂SnO_2的晶体结构、能带结构、态密度进行了分析对比。晶格数据表明,稀土元素掺杂SnO_2引起的晶格畸变与掺杂原子的共价半径大小有关。能带结构表明,稀土掺杂可使Sn O_2的导带向低能端移动,带隙变窄,即导电性提高,且La掺杂时的带隙最小。电子态密度表明,稀土元素特有的f态电子对费米能级处的导带贡献很大,即稀土元素掺杂能提高AgSnO_2触头材料的导电性,且La掺时的费米能级处的态密度值最大。

La掺杂AgSnO_2触头材料的电性能（英文）

由于Cd有毒性,AgSnO_2触头材料逐渐取代了AgCdO成为新型触头材料,但由于AgSnO_2触头材料中的SnO_2近乎绝缘,使得触头材料的接触电阻增大,故改善SnO_2的导电性是急需解决的重大难题。本文提出了一种简单的、低成本的La掺杂AgSnO_2触头材料的设计方法。采用模拟计算的方法,利用第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法,建立了SnO_2以及不同比例La掺杂的SnO_2超晶胞模型,在对其进行几何优化之后分别研究了La掺杂比为50%、25%、16.67%、12.5%、8.34%的SnO_2材料的电子结构,并研究了其晶格参数、能带结构和态密度等。结果表明,掺杂后材料晶胞体积变大。La的5d轨道进入导带,使得导带底向低能端移动,禁带宽度变小。最终得出La掺杂比为16.67%时导电性最佳。最后进行了不同掺杂比下触头材料的电接触性能试验,得到了接触电阻和燃弧能量等电接触性能参数并验证了模拟结果。因此,本文的研究为触头材料的发展和应用提供了理论依据。

不同浓度Cu掺杂SnO_2材料电学和力学性质的研究

为研究Cu掺入对SnO_2性能的影响,本文采用密度泛函理论和平面波赝势法,建立了未掺杂SnO_2和不同比例Cu掺杂的SnO_2晶胞模型,对Sn_(1-x)Cu_xO_2(x=0、0.083、0.125、0.167、0.25、0.5)超晶胞体系进行优化计算、能量计算和弹性模量计算,得到晶格常数、弹性模量、电荷分布、能带结构和态密度图.研究表明:掺杂能够使得材料的弹性模量大幅减小,对应的硬化函数值降低,易于材料加工;在电性质方面,掺杂后,材料均属于直接带隙半导体材料.当x>0.25时,由于掺杂浓度过高使得晶格发生畸变,电性质与未掺杂情况类似;当x<0.25时,随着掺杂浓度的降低,导带收缩加剧,局域性增强,禁带宽度变窄,使得电子从价带受激跃迁所需能量降低,故掺杂后材料表现出半金属性,导电性增强.

纳米AgSnO_2/Bi_2O_3触头材料的性能及导电机理研究

添加少量第三种元素的AgSnO_2触头材料的电性能研究均处在试验阶段而未深入到理论研究阶段。本文采用溶胶-凝胶法制备纳米级AgSnO_2/Bi_2O_3触头材料,材料的密度为9.73 g/cm3、硬度为105.35HV、电导率为70.22%IACS,并且接触电阻较小。在掺杂Bi元素提高触头材料性能的基础上,进行导电机理的研究。从微观原子角度采用第一性原理的计算方法,计算了Bi掺杂SnO_2的电子结构、能带图、态密度及电荷密度分布。结果表明,Bi掺杂后带隙减小,电子跃迁容易,同时费米面附近载流子浓度增大,增强了材料的导电性。最终得出添加少量Bi元素能够使得AgSnO_2触头材料的导电性增强的机理。