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GaP/SiH范德华异质结构的可调谐电子和光学特性的第一性原理研究

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高等学校化学学报 2025年第2期46卷 135-142页

作者：郭鑫马永强鲍爱达邓蕊秦丽张文琦徐厚敦中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 武警工程大学密码工程学院西安710086

预测并构建了一种Ⅱ型的GaP/SiH异质结构,并对其结构特性、电子特性和光学特性进行了研究.结果表明,该GaP/SiH异质结构属于典型的Ⅱ型范德华异质结构,展现出卓越的能量稳定性.GaP/SiH异质结构的带隙为2.24 eV,Ⅱ型能带结构的排列有效抑... 详细信息

预测并构建了一种Ⅱ型的GaP/SiH异质结构,并对其结构特性、电子特性和光学特性进行了研究.结果表明,该GaP/SiH异质结构属于典型的Ⅱ型范德华异质结构,展现出卓越的能量稳定性.GaP/SiH异质结构的带隙为2.24 eV,Ⅱ型能带结构的排列有效抑制了光生载流子的复合.通过施加不同的双轴应变和垂直应变,可以对异质结的电子结构进行一定范围内的精确调控.GaP/SiH异质结构在可见光和紫外光区也表现出优异的光吸收性能,吸收率可达2.34×10^(6)cm^(−1).GaP/SiH异质结构表现出的优异性能为光电子器件的设计提供了参考.

关键词：第一性原理 GaP/SiH范德华异质结构光吸收

第一性原理计算在锂离子电池硅碳负极材料中的研究进展

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硅酸盐学报 2025年第1期53卷 148-160页

作者：杨森郑康赵宁辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000

硅碳复合材料及化合物结合了硅的高储锂性能及碳的结构优异性,然而,其复杂的电化学行为和充放电过程中的体积变化为亟待解决的问题。第一性原理计算作为一种有效的理论工具,在预测和揭示电极材料特性、理解原子尺度电化学机理等方面发... 详细信息

硅碳复合材料及化合物结合了硅的高储锂性能及碳的结构优异性,然而,其复杂的电化学行为和充放电过程中的体积变化为亟待解决的问题。第一性原理计算作为一种有效的理论工具,在预测和揭示电极材料特性、理解原子尺度电化学机理等方面发挥着重要作用。首先概述第一性原理计算方法,并结合学者近年来利用第一性原理对典型硅碳复合材料及化合物锂离子电池负极材料的研究成果,然后提出锂离子电池硅碳负极材料扩散动力学、界面反应、力学性能和热力学稳定性规律。再从密度泛函理论、算法结合和实验结合3方面对锂离子电池硅碳负极材料第一性原理计算进行了展望,期待开发出性能更优的新型硅碳负极材料,助力新能源领域发展。

关键词：第一性原理锂离子电池硅碳负极材料锂离子扩散机制界面反应力学性能热力学稳定性

第一性原理对M@B_(12)N_(12)(M=Sc-Zn)团簇结构和性质的研究

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原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 93-99页

作者：张颂程露吴学科凯里学院理学院凯里556011

利用基于密度泛函理论的第一性原理对M@B_(12)N_(12)(M=Sc-Zn)团簇的几何、电子结构,电偶极性和红外吸收光谱进行详细的研究.结果显示:当B_(12)N_(12)团簇内嵌过渡金属原子后,虽然结构稳定性稍稍降低,但其化学活性得到提高,摩尔体积明... 详细信息

利用基于密度泛函理论的第一性原理对M@B_(12)N_(12)(M=Sc-Zn)团簇的几何、电子结构,电偶极性和红外吸收光谱进行详细的研究.结果显示:当B_(12)N_(12)团簇内嵌过渡金属原子后,虽然结构稳定性稍稍降低,但其化学活性得到提高,摩尔体积明显增大.过渡金属原子与B_(12)N_(12)结合的过程中,除Cu和B原子外,剩余金属与N原子的Mulliken电荷出现负值.另外,金属原子的加入,不仅增加电偶极矩和极化率的值,还促使其红外吸收光谱发生红移.

关键词：团簇结构性质第一性原理

第一性原理研究O,S,Se掺杂ZnTe的电子结构和力学性质

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原子与分子物理学报 2025年 148-156页

作者：李佳郡和志豪王云杰丁家福崔健苏欣伊犁师范大学物理科学与技术学院伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室

基于第一性原理计算方法,通过CASTEP模块对ZnTe及其掺杂体系ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）的电子结构和力学性能进行了深入分析.研究发现,ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）在剪切模量、弹性模量和硬度等力学性能方面有显著提升,表现出更... 详细信息

基于第一性原理计算方法,通过CASTEP模块对ZnTe及其掺杂体系ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）的电子结构和力学性能进行了深入分析.研究发现,ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）在剪切模量、弹性模量和硬度等力学性能方面有显著提升,表现出更优异的抗压性、硬度和刚性.具体而言,ZnTe0.875S0.125展现出最大的剪切模量26.602 GPa和弹性模量66.897 GPa,而ZnTe0.875Se0.125则具有最大的维氏硬度3.599 GPa.在电子结构方面,ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）禁带宽度均小于ZnTe,且导带位置下移,有效提高了材料的导电性.这些发现为设计和优化ZnTe半导体材料提供了重要的理论依据.

关键词： ZnTe 第一性原理力学性质电子结构

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典型碱金属卤化物高压相变的第一性原理研究

高压物理学报 2025年第2期39卷 21-30页

作者：刘雨诗章龙李文广刘其军刘正堂刘福生西南交通大学物理科学与技术学院四川成都610031 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了NaCl、KCl和KBr晶体在不同压力下相Ⅰ和相Ⅱ构型的几何、电子和力学性质,探讨了这些性质与相变点之间的关系,利用吉布斯自由能法对NaCl、KCl与KBr晶体的相变点进行判断。结果显示,对于NaCl... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了NaCl、KCl和KBr晶体在不同压力下相Ⅰ和相Ⅱ构型的几何、电子和力学性质,探讨了这些性质与相变点之间的关系,利用吉布斯自由能法对NaCl、KCl与KBr晶体的相变点进行判断。结果显示,对于NaCl的相Ⅰ结构,在0~30 GPa压力范围内,随着压力的升高,带隙不断增大;在30~50 GPa压力范围内,带隙随着压力的升高而下降,30 GPa正位于NaCl相Ⅰ结构的相变点。这表明根据电子结构判断金属卤化物在压力作用下的相变点具有一定的可行性。由高压下的晶体结构、声子谱以及力学稳定性无法对碱金属卤化物的相变点进行判断。通过吉布斯自由能法计算出了NaCl、KCl和KBr的相变点,分别为22.26、3.47和3.11 GPa。

关键词：碱金属卤化物相变第一性原理高压带隙吉布斯自由能

Al-O元素聚集对镍基单晶高温合金氧化影响的第一性原理研究

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中国腐蚀与防护学报 2025年第1期45卷 173-181页

作者：裴海清肖竞博李微于昊玉温志勋岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院清洁高效透平动力装备全国重点实验室西安710129 长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114

采用第一性原理计算和氧化实验相结合的方式研究了镍基单晶高温合金氧化层的演化机理。通过分析界面粘附能和电荷分布,Al-O结构被确定为最稳定的NiAl/NiO界面模型。考虑了O原子和Al原子对界面稳定性的影响,O原子和Al原子在界面处的聚集... 详细信息

采用第一性原理计算和氧化实验相结合的方式研究了镍基单晶高温合金氧化层的演化机理。通过分析界面粘附能和电荷分布,Al-O结构被确定为最稳定的NiAl/NiO界面模型。考虑了O原子和Al原子对界面稳定性的影响,O原子和Al原子在界面处的聚集均削弱了NiAl/NiO界面的结合强度,这意味着界面更容易发生分离。采用XRD、EDS、SEM等方法研究了镍基单晶高温合金的氧化行为,并建立了氧化动力学模型。结果表明,合金氧化过程中首先形成NiO,随后在NiO下方形成Al_(2)O_(3)。随着O原子和Al原子在界面处的聚集,NiO倾向于从合金表面分离。通过将第一性原理计算与氧化实验相结合,揭示了镍基单晶高温合金的氧化层演化机理。

关键词：镍基单晶高温合金高温氧化第一性原理氧化动力学微观结构演化

压强及W含量对Mo-W固溶体力学性能参数影响的第一性原理计算研究

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功能材料 2025年第02期56卷 2110-2119页

作者：周少兰李忠盛丛大龙冉旭东韦禹陈汉宾西南技术工程研究所重庆大学材料科学与工程学院

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，通过虚拟晶体近似构建Mo-x%W(x=0～100,10为步长)模型，计算0、10、20、30 GPa下Mo-W合金的弹性常数、体积模量、剪切模量、弹性模量、泊松比以及态密度等性质参数，研究结果表明：随着压强的增... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，通过虚拟晶体近似构建Mo-x%W(x=0～100,10为步长)模型，计算0、10、20、30 GPa下Mo-W合金的弹性常数、体积模量、剪切模量、弹性模量、泊松比以及态密度等性质参数，研究结果表明：随着压强的增加，Mo-W合金的晶格常数降低，而晶格常数随W含量呈线性增加；在0～30 GPa内，Mo-W合金保持力学稳定，同时Mo-W合金的弹性常数、弹性模量均随压强的增加而增加。随着W含量的增加，Mo-W合金的体模量呈递增趋势，而剪切模量和弹性模量则先增加后降低再增加，Mo-W合金韧性整体呈降低的趋势；当W含量在30%～40%时，Mo-W合金硬度最高，耐磨性最好。

关键词：第一性原理虚拟晶体近似 Mo-W合金力学性质

通过硫代调控Ga、In、Tl磷酸盐光学性质的第一性原理研究

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人工晶体学报 2025年第1期54卷 95-106页

作者：丁家福和志豪王云杰苏欣伊犁师范大学物理科学与技术学院伊宁835000 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

本文基于第一性原理对磷酸盐与硫代磷酸盐家族中的GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)进行系统的对比研究,探究[PO_(4)]^(3-)基团和[PS_(4)]^(3-)基团之间的联系与区别。能带计算结果表明,TlPO_(4)带隙最小(Eg=0.788 eV),InPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)带隙较大,分别为2.604、2.352、2.360和2.393 eV,而GaPO_(4)带隙最大(Eg=4.487 eV),发现[PS4]3-基团化合物能带结构更加容易预测与调控。态密度计算结果表明,GaPO_(4)、InPO_(4)与TlPO_(4)价带顶均由O-2p轨道贡献,导带底均由阳离子的s轨道及O-2p轨道共同贡献,GaPS_(4)、InPS_(4)与Tl_(3)PS_(4)在价带顶处均由S原子的p轨道贡献,而在导带部分[PS4]3-基团化合物的P原子的p轨道表现更加活跃。通过分析介电函数发现,[PO_(4)]3-基团化合物和[PS4]3-基团化合物的峰值均随阳离子尺寸增大发生红移,且含[PS4]3-基团的化合物具有比含[PO_(4)]3-基团化合物更高的静态介电常数。双折射计算结果表明,GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)在波长1064 nm处的双折射率分别为0.017、0.049、0.057、0.247、0.022和0.038,其中GaPS_(4)双折射率最大(0.247),这是由于其内部P—S键与Ga原子对能量较敏感。差分电荷密度与布居分析结果表明,六种化合物的光学效应与能带结构主要受到[PO_(4)]3-与[PS4]3-基团影响。弹性模量分析表明磷酸盐化合物的弹性性质要高于硫代磷酸盐,并且发现In的化合物具有更高的力学稳定性和刚性。

关键词：第一性原理密度泛函理论磷酸盐晶体硫代磷酸盐晶体电子结构光学性质力学性质

SO_(2)和CO在ReS_(2)表面吸附的第一性原理研究

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人工晶体学报 2025年第1期54卷 107-114页

作者：莫秋燕张颂荆涛吴家隐凯里学院大数据工程学院凯里556011 凯里学院理学院凯里556011 广东开放大学(广东理工职业学院)工程技术学院广州510091

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对ReS_(2)材料吸附SO_(2)与CO这两种有毒气体的特性进行了研究。研究发现:相较于CO,SO_(2)与ReS_(2)之间的相互作用较大,表现为较紧凑的吸附几何构型和较大的吸附能。通过差分电荷密度的计算,进... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对ReS_(2)材料吸附SO_(2)与CO这两种有毒气体的特性进行了研究。研究发现:相较于CO,SO_(2)与ReS_(2)之间的相互作用较大,表现为较紧凑的吸附几何构型和较大的吸附能。通过差分电荷密度的计算,进一步解释了ReS_(2)表面向SO_(2)分子的电子转移过程,这一过程增强了吸附界面的电子密度重排,为ReS_(2)对SO_(2)的高灵敏度检测提供了微观层面的解释。此外,ReS_(2)在室温条件下对SO_(2)和CO的吸附展现出快速解吸能力,适合作为室温下检测SO_(2)和CO的传感材料。因此,ReS_(2)具备成为气体传感器和吸附材料的潜力,为新型、高性能气体污染检测技术的设计提供了方便。

关键词： ReS_(2) 有毒气体吸附气体检测第一性原理传感器