Al掺杂Mg2 Ge光电性质的第一性原理计算

应用密度泛函理论框架下的第一性原理超软赝势平面波方法系统地计算了不同Al掺杂浓度下Mg 2 Ge的电子结构及光学性质.建立了四种Mg 2-x Al x Ge(x=0,0.125,0.25,0.5)的掺杂模型,计算结果表示Al掺杂后的Mg 2 Ge,费米能级进入导带,呈现出n型导电特性,掺杂后本征Mg 2 Ge费米能级附近的导带架构发生了改变,变为主要由Al的3p态电子、Ge的4s态电子和Mg的3s、3p态电子组成;静介电常数ε1(0)和折射率n 0均增大;吸收光谱发生红移,吸收系数最大值略微减小;光电导率峰值在x=0.125时取得极大值;能量损失函数发生蓝移且x=0.125时蓝移现象最为明显.

Mg_2Ge合金表面性质的第一性原理计算

镁锗合金有着良好的耐腐蚀性能,与其表面性质有着密切关系,但具体机制不明确。因此,基于电子密度泛函理论,计算了Mg_2Ge(100),(110),(111)面的表面能和电子亲合能。结果表明,Mg_2Ge最稳定的表面为(111)中的一种,其表面原子全由镁构成,第二层原子由锗原子构成,与实验报道Mg_2Ge的解离面为(111)面吻合。不同表面构型的电子亲合能差异很大,说明Mg_2Ge的腐蚀行为如腐蚀电位等应存在较强的各向异性。在理想界面中,镁的费米能级位于Mg_2Ge的导带底的下方,形成的肖特基能垒会阻碍电子由镁基体转移到Mg_2Ge,从而使镁锗合金表现出更好的耐腐蚀性能。

Si添加物对Li掺杂的Mg_2(Ge,Sn)热电性能的影响

Mg_2(Ge,Sn)固溶体是一种环境友好型的中温(500~800 K)热电材料。目前n型Mg_2(Ge,Sn)热电材料的ZT值已经高达1. 4,但p型Mg_2(Ge,Sn)的ZT值仅为0. 5。本文在p型Mg1. 92Li0. 08Ge0. 4Sn0. 6中添加了少量Si元素以在材料中形成富Si相,利用其与基体的界面过滤低能载流子、降低热导率。采用两步固相反应、球磨和热压的方法制备Mg_(1.92)Li_(0.08)Ge_(0.4)Sn_(0.6-x)Si_x(x=0,0. 025,0. 05,0. 075,0. 1)样品,通过测试样品的热电输运参数,分析Si添加物对样品热电输运和性能的影响。结果表明:Si添加物能显著提高基体的功率因子,同时有效降低晶格热导率和电子热导率;最终,Mg1. 92Li0. 08Ge0. 4Sn0. 525Si0. 075的ZT最大值在723 K达到0. 75。

压力作用下Mg_2X(X=Si,Ge)相热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了压力作用下Mg_2Si和Mg_2Ge的结构、弹性和热力学性质。计算结果表明:0GPa压力作用下两者的晶格参数与实验值以及其他理论值吻合较好,且相对晶格常数a/a_0和晶胞体积V/V_0均随压力的增大而减小;在0~25GPa压力作用下,Mg_2Si和Mg_2Ge相体模量B、剪切模量G、杨氏模量E均随压力的增大而增大,材料的刚度和塑性均增强,当压力达到15GPa时,材料由脆性转变为延性。最后借助准谐德拜模型和Gibbs软件,研究了温度与压力对Mg_2Si和Mg_2Ge的德拜温度、体模量、热容和热膨胀系数的影响。

Mg2Ge吸收系数和能量损失函数的第一性原理计算

应用密度泛函理论框架下的第一性原理超软赝势平面波方法系统地计算了Mg2Ge基态的电子结构、电子态密度、弹性常数以及主要光电性质.计算结果表示Mg2Ge是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.2136 eV;其价带主要由Ge的4s,4p态电子组成,导带则主要由Mg的3s,3p以及Ge的4p态电子组成;静态介电常数ε1(0)=25.294;折射率n0=4.5043;吸收系数最大峰值为396560.9 cm-1;通过计算弹性常数解释了Mg2Ge的脆性;并分析了所计算的Mg2Ge光电性质和其能带结构,为Mg2Ge提供了在光电应用领域的理论依据和实验指导.

Li嵌入Mg_2Ge的反应次序和电子结构变化

Mg2Ge有望成为新的锂离子电池负极材料.使用基于平面波展开的第一性原理赝势法,计算并得到了Li嵌入Mg2Ge负极材料时的反应次序.Li首先占据其中的间隙位置,占满间隙位置后随着嵌Li量的进一步增加,Li将逐步替位Mg2Ge中一半的Mg位置,直到生成Li2MgGe.计算结果表明,在整个嵌Li过程中主体材料的体积先膨胀后收缩,体积胀缩量很大,这是导致Mg2Ge作为锂离子电池电极材料循环性能较差的重要原因.对材料电子结构的分析表明,随着Li嵌入量的增加,主体材料发生了从半导体性到金属性、又到半金属性的转化.