In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜形成的第一性原理计算

目的采用第一性原理计算In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜的形成机制,以为在金基合金中掺杂元素,促进表面氧化膜生成提供理论依据。方法基于构建适用于第一性原理计算、原子比Au:Cu:Ni=9:5:2的晶体结构模型,对In掺杂AuCuNi体系模型的稳定性、偏析特性以及吸附特性进行计算。结果In原子替代掺杂AuCuNi合金(111)面中各元素后形成新的AuCuNiIn表面,掺杂形成能均为负值,这说明In替位AuCuNi合金(111)面中任何一个原子都会促进AuCuNi表面的稳定性。当In替位掺杂AuCuNi表面第一层的Ni原子时,稳定性提升最大,掺杂形成能为–1.326 eV;当In替位掺杂AuCuNi表面第三层的Ni原子时,掺杂形成能最大为‒0.503 eV,这表明当In原子掺杂到该位置时,体系稳定性的提升最小。通过偏析能的计算发现,掺杂后的In有向其他位点偏析的趋势,最易向偏析能最小的位点偏析,即向表层Ni原子偏析,偏析能为‒0.739 eV。因此,使In原子替位掺杂第一层的Ni原子,形成最稳定的AuCuNiIn表面结构。此外,通过在AuCuNiIn表面吸附氧原子和计算吸附能发现,当原子顶位吸附时吸附能都比较高,这说明Au、Cu、Ni原子都不易在顶位吸附氧原子,其中T_(3)(Au)位点的吸附能为0.034 eV,其值大于0,说明Au原子的顶位不会自发地吸附氧原子。表层原子中吸附能最低的几个位点H_(3)(‒3.571 eV)、H_(1)(‒3.462 eV)、B_(2)(‒3.021 eV)的氧原子均与In原子成键,这说明In原子附近更易吸附氧原子。最后,通过电荷差分密度图和布居分析,发现O原子与周围其他原子有明显的电荷转移,并与In原子、Cu原子和Ni原子形成键。这进一步表明O原子与周围原子发生化学反应,提高了材料表面的稳定性,证实了吸附能计算的准确性。结论基于以上计算分析得出In原子的掺杂可以有效促进AuCuNi表面氧化膜的形成。通过第一性原理计算预测了元素掺杂对材料表面性能的影响,为掺杂促进材料表面氧化膜的形成提供了一定的理论参考。

Au掺杂硅纳米线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的方法,对Au掺杂[100]方向氧钝化硅纳米线(SiNWs)不同位置的形成能、能带结构、态密度及磁性进行了计算,考虑了Au占据硅纳米线的替代、四面体间隙和六角形间隙的不同位置.结果表明:Au偏爱硅纳米线中心的替代位置.Au掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,禁带宽度变窄.对于Au替代掺杂,杂质能级主要来源于Au的d、p态和Si的p态,由于Au的d态和Si的p态的耦合,Au掺杂硅纳米线具有铁磁性.对于间隙掺杂,杂质能级主要求源于Au的s态,是非磁性的.另外,根据原子轨道和电子填充模型分析了其电子结构和磁性.

La和S共掺SnO2材料性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似法对La和S共掺SnO2的掺杂参数进行模拟计算,进而研究掺杂结构的稳定性、弹性性质和导电性能。结果表明,随着S原子浓度的增大,掺杂体系的形成能增大,稳定性随之下降;与单掺相比,共掺体系的硬度减小,韧性增强,并且其韧性随着S原子浓度的增大而逐渐减小;La和S共掺仍属于P型掺杂,在禁带中引入了新的杂质能级,窄化了带隙,导电性能增强,随着S掺杂浓度的提高,S-3p轨道与Sn-5s、La-5d轨道的杂化作用增强,在禁带中引入了更多的杂质能级,导电性能进一步提高。

Mg掺杂PST薄膜的溶胶-凝胶法制备及晶相形成研究

利用溶胶-凝胶法成功制备了Mg掺杂Pb0.4Sr0.6MgxTi1-xO3-x薄膜,利用x射线衍射仪对薄膜的物相和结构进行了分析,用扫描电子显微镜对薄膜的形貌和断面等进行了观察.研究结果表明,薄膜以立方钙钛矿为晶相,薄膜中晶相以团聚状颗粒存在,晶相含量受热处理条件和Mg的掺杂量所控制.Mg掺杂对Pb0.4Sr0.6MgxTi1-xO3-x薄膜晶相含量的影响与钙钛矿中的氧空位缺陷相关.在一定的掺杂范围内,由掺杂引起晶相的晶格畸变较小时,体系掺Mg平衡了晶体内本征氧空位引入的电荷不平衡,使晶相更为稳定,析晶能力提高,晶体形成量随掺杂浓度的提高而提高.当掺杂浓度达到一定量时,随着Mg掺杂浓度增加,一方面使形成晶体时杂质浓度增加造成参与形成晶相的组成含量下降,另一方面使进入钙钛矿结构的Mg增加,氧空位大量增加使畸变程度提高,形成的晶相不稳定,析晶能力下降,晶体含量随掺杂Mg浓度的增加而不增反降.在相同条件下制备的Pb0.4Sr0.6MgxTi1-xO3-x薄膜中Mg掺量约为x=0.01时,得到的钙钛矿相含量最高,本征氧缺陷所带入的正电荷和Mg引入时带入的负电荷间达到平衡.此外,Mg的掺入还影响到析晶与热处理过程之间的关系.在高Mg掺量范围,Mg含量越高,形成的晶相越不稳定,热处理时间越长,使热处理过程中分解的晶相量越多,随Mg掺量越高和热处理时间越长,薄膜中晶相含量越低.