脉冲磁场控制铝及铝合金凝固组织的研究进展

脉冲磁场(PMF)凭借瞬时强磁、对材料无污染和操作方便等优点,在铝及铝合金铸造方面具有良好的应用前景。针对形核的起源及柱状晶向等轴晶转变(CET)机制,论述了脉冲磁场对凝固组织的影响,总结了凝固组织的细化及控制机理,最后对数值模拟在此领域的应用进行了展望。

二维层状WS_(2)/ZnO范德华异质结光催化剂的设计与理论研究

范德华异质结(vdWH)的构建是一种提高二维材料性能的有效途径,借助第一性原理计算方法系统地研究了WS_(2)/ZnO vdWH的晶体结构及其电子、光催化和光学性质。计算结果表明,二维WS_(2)/ZnO vdWH具有II型能带排列特征,能有效分离光生载流子,提升载流子分离效率。由于电子会自发从WS_(2)转移到ZnO单层,WS_(2)/ZnO vdWH层间会形成内建电场,有效抑制光激发载流子的复合。与WS_(2)和ZnO两个单层相比,WS_(2)/ZnO vdWH的光学吸收系数在可见光区明显提高,数量级可达104 cm-1,具有增强的太阳能利用效率。通过能带排列计算发现,酸性条件比中性或碱性条件更利于WS_(2)/ZnO vdWH的光催化水解反应。此外,还探究了机械应变对WS_(2)/ZnO vdWH电子和光催化性质的影响规律,发现施加双轴拉伸应变可以调控WS_(2)/ZnO vdWH的II型异质结转变为I型异质结,有望应用于光电器件领域。上述结果表明,WS_(2)/ZnO vdWH是一种极具应用潜力的分解水光催化剂,计算结果可以为WS_(2)/ZnO vdWH的设计和制备提供理论指导和科学依据。

层状graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结电子特性和界面接触的理论研究

利用第一性原理计算方法研究了层间距和外部电场对graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结的电子特性和界面接触的影响规律。由于范德瓦耳斯力作用,graphene和WSSe单层的电子特性可以被保留在graphene/WSSe异质结中。当形成graphene/WSSe异质结时,在石墨烯的狄拉克锥中可以发现小的带隙值(7 meV)。电荷转移产生的内建电场在有效阻碍光激发载流子复合中起着关键作用。与两个独立单层相比,graphene/WSSe异质结在可见光区域具有增强的光吸收,在光电子器件中展现出了潜在应用价值。此外,graphene/WSSe异质结在平衡层间距处显示出n型肖特基接触特性。层间距和外部电场都可以用来改变graphene/WSSe异质结的肖特基势垒高度和接触类型,并有效调节graphene狄拉克锥的位置。本文研究内容为graphene/WSSe异质结在纳米电子和光电子器件领域的应用提供理论依据。