类金刚石薄膜sp^2-sp^3轨道杂化的第一性原理研究

以强σ键连接的sp2和sp3杂化碳饱和簇模型,即金刚石和石墨两相和团簇模型为研究对象,通过分子结构、电荷分布、能带结构、电子态密度和分子轨道的第一性原理计算和分析,研究了类金刚石薄膜中sp2-sp3轨道杂化的空间结构稳定性的成键特性等.结果表明,成键过程中由于微扰作用破坏了原子内部"吸引"与"排斥"的平衡关系,使电子云重新分布,而键能大小和电子云的重叠密切相关,因而两相共存对电荷分布和结构均有影响.能带结构分析发现sp2杂化C原子将π键引入,产生π和π*能带使带隙变窄,说明类金刚石薄膜的半导体本质.电子态密度计算结果中费米能级附近出现杂质峰,说明存在中间杂化和/或π态和σ态的转化.

具有N梯度浓度的碳自掺杂氮化碳薄膜的性能研究

利用实验室自有大型中试线磁控溅射设备,以纯度为99.99%的石墨为靶材,以Ar、N2为溅射和反应气体,采用直流磁控溅射法,制备了一系列碳自掺杂氮化碳薄膜。利用XRD、SEM、拉曼光谱等检测手段对薄膜的成分、形貌、光学性能以及电阻率等进行表征。结果表明:溅射过程中通过对N进行浓度梯度控制,成功实现了碳自掺杂,同时氮化碳薄膜已初具晶型;碳自掺杂很好的调节了薄膜的电阻率,其值可根据需要在很宽的范围内(超导至高阻)调节;透过率基本维持在87%以上。同时氮的掺入对薄膜碳也起到了稳定的作用。

石墨转化纳米金刚石相变分子动力学模拟研究

为了探讨1维微尺度热传导模型不同激光能量对石墨转化纳米金刚石相变机理的影响,采用基于密度泛函理论的分子动力学方法模拟优化后的石墨结构,用有限差分法计算了激光辐照石墨表面的温度分布;基于sp^(3)杂化键可以明显地区分金刚石和石墨结构,根据能量耦合得到不同激光能量条件下辐照石墨的态密度带隙,研究了碳原子键合条件。结果表明,只有当激光能量达到5 J时,才能形成少量sp^(3)杂化碳原子;随着激光能量的增加,液相下受辐照的石墨表面的温度随之增加,碳原子中的自由电子更容易移动到成键分子轨道,电子的电负性增强,从而增强sp^(3)键的极性,并有助于将sp^(2)键转变为sp^(3)键。该研究结果对在液相激光辐照下提升纳米金刚石制备效率、探究纳米金刚石制备机理有重要的现实意义。

SP^3杂化的气体分子在金红石相二氧化钛(110)面吸附规律与特性

采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了sp3杂化气体分子H2O,NH3和CH4在金红石相Ti O2(110)表面的吸附.研究发现:含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子.影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定.表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的主要原因.通过差分电荷密度和电荷布居数分析来看,表面与吸附分子存在电荷转移,转移电子数目大小为:N>O>C,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH3>H2O>CH4.通过态密度、吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度峰值,极大地改变了材料的光学性质,占主导作用;而表面吸附H2O,NH3,CH4分子后对表面的光学性质影响相对较低,占辅助作用.O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为N>O>C,与转移电子数目顺序一致.相比氧空位表面,吸附CH4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H2O和NH3后其吸收系数和反射率有所降低.这为进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础.

氮化碳薄膜的光电特性研究

以高纯石墨为靶材,Ar、N2为溅射和反应气体,采用直流磁控溅射法,制备了一系列不同N掺杂量的氮化碳薄膜。利用XRD、SEM、分光光度计、高阻抗率计等检测手段对薄膜的成分、形貌、透过率、电阻率等进行表征。结果表明:CN薄膜已初具晶型;随着溅射腔室中N2含量的增加,薄膜中N含量先增加后减少最后趋于稳定状态,薄膜的电阻率维持在(10-5~1015)Ω·cm范围内变动;透过率基本维持在85%~91%之间。N的掺入对薄膜中的sp3杂化C起到了稳定的作用。

可溶液加工蓝色聚集诱导发光小分子的合成及其器件性能（英文）

利用四苯基甲烷中碳原子特殊的sp^3轨道杂化结构来打断并控制分子内共轭程度,并采用硅原子替换四苯基甲烷中的碳原子合成四苯基硅烷.将这两种结构作为核,在其四周以四苯乙烯(TPE)或三苯乙烯(tri PE)修饰,设计并合成了六个具有聚集诱导发光(AIE)效应的小分子.这些分子均可以溶解在常见有机溶剂中并具有良好的热稳定性.通过溶液旋涂法将其应用到有机电致发光器件(OLED)中,得到最好的器件效率为亮度最大值(L_(max))1730 cd·m^(-2),电流效率最大值(Lmax)2.21 cd·A~^(-1),功率最大值(η_(p,max))0.77 lm·W^(-1),外量子效率最大值(η_(ext,max))1.01%.