Zn掺杂氮化硼的电子结构与光学性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论研究了三种浓度分别为0.0625、0.125、0.25的Zn掺杂氮化硼(BN)的电子结构和光学性质。结果表明:掺杂后三种体系的缺陷形成能均大于零,为此又计算了其应力,发现三种体系能稳定存在。随着掺杂浓度的提高,体系的带隙逐渐减小,且B_(1-x)Zn_(x)N(x=0,0.0625,0.125)为直接带隙半导体,B_(0.75)Zn_(0.25)N为间接带隙半导体。Zn的掺入在费米能级附近引入了受主能级,使价带上移越过费米能级,掺杂体系均具有p型半导体的特征,降低了电子跃迁的难度。随着掺杂浓度的增大,四种体系的静介电常数逐渐增大,掺杂体系的虚部峰值逐渐减小,且在最高峰值处对应反射率的值逐渐变小。在低能量区域内,掺杂体系增强了对光的吸收,吸收边发生红移。掺杂体系中B—N键和N—Zn键的键强逐渐增强。结论显示,掺杂Zn原子可以有效改善BN的电子结构与光学性质。

碱金属钼酸盐结构与性能关系的第一性原理研究

基于第一性原理比较研究Li_(2)MoO_(4)、Na_(2)MoO_(4)、K_(2)MoO_(4)和Rb_(2)MoO_(4)四种晶体的晶体结构、电子结构、原子布居、电荷密度分布和双折射率。研究结果表明四种晶体的带隙为直接带隙,禁带宽度相差不大,均在4.3 eV附近。随着碱金属原子半径增加,其电子轨道对能带的贡献会向高能侧靠近。键布居数和电子密度分布情况表明,Mo与O之间形成共价键,碱金属原子与O形成离子键。四种晶体中双折射率最高者为Rb_(2)MoO_(4),其在1064 nm处的双折射率为0.0225。晶体折射率数据表明碱金属原子半径与双折射率正相关。本文研究可为钼酸盐在非线性光学晶体方面的应用提供一定的参考。

Ni,Cu,Zn掺杂四方相PbTiO_(3)力学性能、电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理研究了四方相钙钛矿PbTiO_(3)以及Ni、Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)的力学性能、电子结构和光学性质。力学性能计算结果表明,Ni掺杂PbTiO_(3)的体积模量、剪切模量及弹性模量在三种掺杂体系中最大。Ni掺杂体系德拜温度最高。G/B为材料的脆、韧性判据,Zn掺杂PbTiO_(3)的G/B值最大,说明化学键定向性最高。Ni、Zn掺杂体系的G/B范围为0.56<G/B<1.75,均为脆性材料,而本征PbTiO_(3)和Cu掺杂体系G/B值小于0.56,均为韧性材料。通过电子结构分析,发现掺杂体系相比于本征体系带隙变窄,跃迁能量减小。Ni掺入使得PbTiO_(3)费米能级处出现杂质能级,而Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)价带顶上移,费米能级进入价带,使得Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)呈现p型导电特性。从复介电函数、光学反射谱和吸收谱分析中发现,掺杂体系的静介电常数相较于本征体系有所提升。Ni、Cu、Zn的掺杂使得PbTiO_(3)吸收范围扩展到红外波段,且增强了可见光波段的吸收强度,Cu掺杂PbTiO_(3)材料的光催化特性在本征PbTiO_(3)和三种单掺PbTiO_(3)材料中是最好的。

第一性原理研究In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)的电子结构和光学性质

基于第一性原理研究In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)的电子结构和光学性质的理论机制。BiOIO_(3)与In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)四种结构体系的带隙值分别为1.910,1.837,1.777和1.603eV,与BiOIO_(3)本征带隙相比较,掺杂In,Cr,Sb元素后跃迁方式都由间接带隙变为直接带隙,这一变化表明掺杂后减少了跃迁需要的能量。且Cr掺杂体系表现出n型半导体特性,表明引入Cr加快了电子的迁移速率,使Cr掺杂BiOIO_(3)具有更高的导电性能。在对光学性质的研究中,发现掺杂元素Cr后BiOIO_(3)对紫外光、红外光区域的吸收能力都大幅度提升,并提高了可见光光催化活性。掺杂In,Cr,Sb后BiOIO_(3)晶体在1064nm处的双折射率分别为0.227,0.141和0.247,In和Sb掺杂增大了双折射率,而掺杂Cr元素降低了双折射率。

A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论对P-O配位多面体与不同阳离子构成的系列化合物A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)的几何结构、电子结构、光学性质进行系统探究。研究表明通过碱金属原子替换可以改变结构框架,从而调节系列化合物的带隙及光学性能,为设计综合性能优异的材料提供了一条有效途径。能带结构计算表明,五种化合物均为直接带隙化合物且都具有宽的带隙,A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)的带隙依序为5.853、5.153、4.083、3.559、3.405 eV。布居分析发现阳离子A(A=Li,Na,K,Rb)与氧键合形成O—A键,其键长依序逐渐增大并呈现离子键,这也是A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb)带隙依序减小的主要原因。另一方面,Cs_(3)PO_(4)没有形成离子性质的O—Cs键,导致带隙减小。五种化合物的导带都是由碱金属原子的s和p轨道,以及P-3p轨道组成,价带顶的主要贡献者是O-2p轨道,O原子的2p轨道还在费米能级附近表现出较强的局域性,P-3p轨道与O的2p轨道成键,P—O表现为强的共价键。五种化合物对低能区电磁波响应较弱,主要响应集中在5~15 eV的高能区。

X(PO_(3))_(2)(X=Zn,Cd,Hg)电子结构与光学性质的第一性原理研究

晶体材料的微观结构对于宏观性能有着决定性的作用,探究材料电子结构与光学性质之间的关系是合成新型材料研究的基础方向之一。本文基于密度泛函理论的第一性原理,系统地对X(PO_(3))_(2)(X=Zn,Cd,Hg),这三例阳离子含d 10电子构型元素的三元磷酸盐晶体的电子结构与光学性质进行了研究。Zn(PO_(3))_(2)、Cd(PO_(3))_(2)和Hg(PO_(3))_(2)三种材料的带隙宽度依次减小,分别为5.089、4.065和2.942 eV。通过分析禁带附近的能带轨道归属,可知X(PO_(3))_(2)的价带顶部由P原子、O原子以及阳离子的d轨道所占据,而导带底部则主要由P原子、O原子以及阳离子的s、p轨道所占据,此外P和相邻O原子的电荷密度分布图有明显重叠,证明P—O键具有较强的共价性。X(PO_(3))_(2)的静态介电常数分别为3.13、2.76、3.24。计算可知在1064 nm处Zn(PO_(3))_(2)的双折射率为0.032,Cd(PO_(3))_(2)的双折射率为0.025,Hg(PO_(3))_(2)的双折射率为0.024,且通过分别计算化合物以及阴离子基团的双折射大小,分析出材料的双折射是P—O基团和阳离子协同作用的结果。同时对材料进行布居分析,计算元素得失电子的情况,再次验证了P—O基团相对于Zn—O、Cd—O、Hg—O具有较强的共价性。

空位浓度对纤锌矿BN电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用了第一性原理研究了空位缺陷纤锌矿BN的电子结构和光学性质.通过对能带结构、态密度分析发现:缺陷体系由于B、N的缺失,费米能级附近出现杂质能级.相较于本征体系,随着空位浓度增加,杂质能级变多,跃迁能量减小.N空位缺陷的纤锌矿BN态密度总体向低能区移动,且能级相较于B空位缺陷的纤锌矿B_(22)N_(24)明显增多.从复介电函数和光学吸收谱分析中发现,随着空位浓度的增加,缺陷体系纤锌矿BN在可见光区域的吸收逐渐增强.尤其是B22N24在可见光区域出现的吸收效果更好.

第一性原理计算Mo浓度对Mo掺杂BiVO_(4)光催化性能的影响

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了不同浓度的Mo掺杂BiVO_(4)的V位的电子结构、光学性质和光催化性能.缺陷形成能的计算结果说明BiMo_(x)V_(1-x)O_(4)(x=0.0625,0.125,0.25)三种掺杂体系都是可以稳定存在的.电子结构计算结果表明:BiMo_(x)V_(1-x)O_(4)(x=0,0.0625,0.125,0.25)四种体系的带隙分别为2.123 eV,2.142 eV,2.160 eV和2.213 eV.掺杂BiVO_(4)体系的带隙值均大于本征BiVO_(4),且带隙随着Mo浓度的增加而增大.BiMo_(x)V_(1-x)O_(4)(x=0.0625,0.125,0.25)三种掺杂体系的能带结构全部向低能量区域移动,导致掺杂体系导带底越过费米能级,Mo掺杂BiVO_(4)后具有n型半导体特性.光学性质计算结果表明,本征BiVO_(4)和BiMo_(x)V_(1-x)O_(4)(x=0.0625,0.125,0.25)三种掺杂体系的介电常数分别为3.08,3.90,12.7和17.50,掺杂后的静介电常数都呈现增大的趋势.对于反射系数和介电函数虚部而言,掺杂BiVO_(4)体系在低能量区域内提升明显.对于吸收系数而言,在掺杂的三种体系中,Mo掺杂BiVO_(4)体系的光吸收系数对红外光的吸收提升明显.光催化性能计算结果表明,本征BiVO_(4)氧化H_(2)O生成O_(2)的能力最弱,BiMo_(0.25)V_(0.75)O_(4)氧化H_(2)O生成O_(2)的能力最强.

亲水性两性离子聚合物刷的构象与结构

本文应用分子场理论,研究暴露于水蒸气中的亲水性两性离子聚合物(HP)刷的构象与结构.理论模型考虑HP-水(P-W)氢键和水-水(W-W)氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用.研究发现,P-W与W-W氢键决定着HP的水合性,P-W氢键形成,会诱导HP刷溶胀.我们通过考察HP单体间的偶极-偶极相互作用发现,随着偶极-偶极相互作用增强,HP链在垂直培基表面沿着链方向,形成了结节状结构.这是由于HP单体之间的偶极-偶极静电吸引作用导致单体间汇聚结节,这种结节在刷内产生了较强的排斥体积作用,因此,这种HP刷具有抗污性能.在较高的接枝密度环境下,由于HP链间单体之间的偶极-偶极静电吸引作用,会形成链间单体-单体的结节,在刷内形成结节网络状凝胶结构,这种结构的出现,会使得HP刷呈现极强的抗污性.另外,当体系中水蒸气浓度增加、水合相互作用增强时,增加的P-W氢键将平衡HP单体之间的偶极-偶极相互作用,使得结节解开,聚合物链伸展.我们的理论结果符合实验观测,由此表明,P-W氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用决定着HP刷的构象转变和结构特性,刷内出现的两性离子聚合物链内单体间的结节和链间单体结节状凝胶结构,是两性离子聚合物刷呈现较强抗污性的本质特性.

第一性原理研究Cu、Ag和Au掺杂氮化硼纳米管的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Cu、Ag和Au掺杂(6,0)氮化硼纳米管。研究了在B位和N位上掺杂Cu、Ag和Au的氮化硼纳米管的电子结构和光学性质。结果表明:无论是B位还是N位掺杂Cu、Ag和Au,6种掺杂体系的带隙相比于本征氮化硼纳米管都有所减小。本征氮化硼纳米管的带隙为2.831 eV。B位掺杂Cu、Ag和Au的氮化硼纳米管的带隙分别为2.363、2.404和1.754 eV。N位掺杂Cu、Ag和Au的氮化硼纳米管的带隙分别为2.123、2.381和2.351 eV。B位掺杂Cu、Ag和Au的氮化硼纳米管表现出p型半导体特性,而N位掺杂Cu、Ag和Au的氮化硼纳米管则表现出n型半导体特性。同时,对掺杂纳米管的p型和n型特性产生的原因进行了分析讨论。本征氮化硼纳米管的相对静态介电常数为1.52,6种掺杂体系的相对静态介电常数与本征氮化硼纳米管相比得到了增强。6种掺杂体系的吸收系数在可见光范围内明显增强。

Mn,Fe,Co掺杂GaAs电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对本征GaAs以及3d过渡金属Mn、Fe、Co单掺杂GaAs晶体的电子结构及其光学性质进行理论计算以及对比研究.计算结果表明:能带结构中三种掺杂体系均引入新的能级,能带条数增多,导带底与价带底顶向深能级移动,带隙减小;费米能级附近出现了杂质能级,导致掺杂体系光子能量位于0时介电函数虚部便有所响应,掺杂体系相较于本征体系的静介电常数有所提升;Mn、Fe、Co三种掺杂体系相较于本征体系在红外以及远红外区域吸收系数得到了明显的提升,其中Fe掺杂GaAs的光催化特性最好.

KDP和尿素晶体电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对KDP(KH_(2)PO_(4))和尿素(CH_(4)N_(2)O)晶体的能带结构、电子态密度、电荷差分密度以及布局分析进行了计算讨论.结果表明:尿素晶体中的C1-O1、C1-N1、N1-H2和N1-H1键都具有共价键特性,带隙值为4.636 eV,价带顶主要由H-1s与N、O的2p态贡献,导带底主要是H-1s与C、N、O的2p态贡献;KDP晶体的H1-O1键具有离子性而P1-O1则具有共价性,带隙宽度为5.713 eV,价带顶主要由O-2p以及P-3p贡献,导带底主要由H-1s、P-3s和3p以及K-4s和3p态贡献.

Ag,O共掺实现p型氮化铝纳米管电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6,0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂,以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示:本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性,Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态,实现了氮化铝纳米管的p型掺杂,但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应,Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后,Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用,使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定;共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化,导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。

XPO_(4)(X=Lu,Y)电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)第一性原理对LuPO_(4)和YPO_(4)两种磷酸盐晶体的电子结构进行计算模拟.结果表明:LuPO_(4)的带隙为5.639 eV,YPO_(4)的带隙为4.884 eV.通过对态密度的分析得知LuPO_(4)的导带主要贡献来自Lu的5d态电子,费米能级附近价带主要由Lu的4f态和O的2p态电子贡献.YPO_(4)的导带主要贡献来自Y的4d态电子,价带顶的主要贡献来自于O的2p态电子.通过电荷密度和布局分析得知了材料内部原子间的电荷转移情况,进而对原子间成键情况进行了分析与讨论.

空位浓度对纤锌矿CdS电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,采用第一性原理研究了含Cd空位缺陷CdS和含S空位缺陷纤锌矿CdS的几何结构、能带结构、电子态密度及光学性质。通过计算分析可知,含Cd空位缺陷的CdS体系均为p型半导体,含S空位缺陷的CdS体系跃迁方式均由直接跃迁变为间接跃迁。Cd、S空位缺陷的CdS体系的态密度总能量降低。空位CdS体系相较于本征CdS体系的静介电常数均有提高,并随着空位浓度的增大而增大,Cd空位缺陷体系更为明显,极化能力得到显著提升。空位Cd的CdS体系相较于本征CdS体系在红外波段存在明显的吸收,空位S的CdS体系相较于本征CdS体系在可见光波段存在明显的吸收。

Ag-O共掺GaN纳米管的电子结构和p型特性第一性原理研究

研究了本征GaN纳米管及Ag掺杂和Ag-O共掺纳米管的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和重叠布居数。结果表明:Ag掺杂GaN和Ag-O共掺GaN体系均为p型掺杂,本征GaN纳米管的带隙为1.72 eV,Ag掺杂GaN纳米管的带隙为1.64 eV,Ag-O共掺GaN纳米管的带隙为1.16 eV,Ag-O共掺体系对带隙的调整最为显著。对比Ag掺杂GaN体系与Ag-O共掺GaN体系,前者中Ag原子在费米能级附近的态密度是局域化的;而在后者中,非局域化特征明显。在Ag-O共掺体系中,Ag和O相互吸引,以克服受主Ag原子的排斥作用,O原子可以有效降低共掺体系的能量,使Ag在GaN纳米管中更加稳定。Ag-O共掺GaN体系的空穴载流子迁移率大于Ag单掺GaN体系的。Ag-O共掺GaN体系更容易获得p型GaN纳米管材料。

LaPO_(4)和ScPO_(4)电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,对LaPO_(4)和ScPO_(4)的能带结构、电子态密度及光学性质进行计算和分析.计算结果表明:LaPO_(4)的禁带宽度为5.646 eV,ScPO_(4)的禁带宽度为4.531 eV.LaPO_(4)晶体价带顶主要由P-3s、P-3p及O-2p态贡献,导带底主要是由La-5d态贡献;ScPO_(4)晶体价带顶主要由P-3s、P-3p及O-2p态贡献,导带顶主要是由Sc-3d态贡献.就光学性质而言,ScPO_(4)的静介电常数是2.03,比LaPO_(4)(1.92)的静介电常数大,体系极化能力较好.

蒸压加气混凝土砌块单轴拉伸力学性能研究

为了研究蒸压加气混凝土砌块(AACB)在静力状态下单轴拉伸的力学行为,通过对不同密度的AACB进行单轴拉伸试验,分析了AACB抗拉破坏特征、破坏机理,并探讨了其抗拉强度、弹性模量在不同密度下的变化规律及单轴拉伸强度与孔隙率、抗压和劈裂拉伸强度关系的相关公式。试验结果表明,随着AACB的密度增大,其拉伸屈服强度、弹性模量逐渐提高并呈幂函数增加,然而拉伸屈服应变却逐渐减小;AACB材料在单轴拉力作用下的宏观破坏主要由材料受拉损伤机制控制,并表现出明显的脆性破坏特征。基于多孔材料理想预测模型及试验结果回归分析,拟合得到试验条件下AACB单轴拉伸强度与孔隙率半经验公式及修正系数,并提出AACB抗拉强度与其抗压强度、劈裂拉伸强度的换算关系。

PCL振动光谱的密度泛函理论计算与分析

文章基于Gaussian 16软件,利用密度泛函理论进行分析与讨论,采用B3LYP混合泛函在6-311++G(d,p)基础上优化出聚己内酯的平衡结构模型,从而得到模拟的拉曼光谱。聚己内酯性质优良,可用于很多行业,由于其具有生物可降解性、形状记忆等功能,近几年多用于医疗材料、环保改性材料,生产需求逐年升高,平均每年生产需求达到50%左右,但由于聚己内酯在生产过程中反应较激烈,极容易发生易燃易爆等危险现象,所以在提取与制作过程中要极为谨慎和小心。

GYS2与p53抑制HBV相关肝癌的研究

本文基于Hill动力学与Michaelis-Menten方程,建立理论模型研究糖原合酶2 (GYS2)与p53蛋白抑制乙肝病毒(HBV)相关肝癌的发展.理论模型考虑乙肝病毒x蛋白(HB_(x))、组蛋白脱乙酰基酶1(HDAC1)与乙酰化的p53(p53_(AC))结合形成复合体,抑制GYS2表达,以及GYS2通过调控增强稳态p53(Sp53)表达,进而抑制肝癌(HCC)的发生发展.研究发现,GYS2灵敏地调控Sp53表达上调,从而使得未乙酰化的Sp53(FSp53)表达提升,抑制HCC的发生发展.部分Sp53经过p300蛋白乙酰化后与HBx、HDAC1结合形成复合体,通过负反馈抑制GYS2表达.通过考察不同浓度HBx条件下GYS2与FSp53的动力学特性,我们发现,较高浓度的HBx减弱了GYS2表达,进而弱化了下游FSp53的表达水平.另外,p300与部分Sp53结合,也在一程度上调低了FSp53的表达水平,减弱了FSp53对HCC的抑制程度,从而促进了HCC发生发展.理论结果符合实验,并进一步揭示GYS2与p53调控的HCC的抑癌机理,可为设计阻断乙型肝炎向HCC转变通路的治疗方案提供理论依据.