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对二维Graphene/VS/BN范德华多层异质结构作为LIBs的阳极材料的相关研究

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电子学报 2024年

作者：伍虎唐贵平肖事成范志强长沙理工大学物理与电子科学学院

本文通过范德华尔斯作用将单层石墨烯(Graphene)、单层二硫化钒(VS2)和单层氮化硼(BN)构建成Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构，并将其与不同数量的锂结合，研究了其作为锂离子电池(Li-Ion Batterys,LIBs)中阳极电极材料的可行性.Grap... 详细信息

本文通过范德华尔斯作用将单层石墨烯(Graphene)、单层二硫化钒(VS2)和单层氮化硼(BN)构建成Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构，并将其与不同数量的锂结合，研究了其作为锂离子电池(Li-Ion Batterys,LIBs)中阳极电极材料的可行性.Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构具有-0.33 eV/?2的形成能，具有较强的稳定性，能够在理论上合成.同时，也计算了Graphene/VS2/BN范德华异质结构的平面内刚度，得出的杨氏模量(Y)为886.88 N/m，高于单层VS2的Y(82.5 N/m)，具有较好的力学性能.Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构表面和界面上吸附Li的吸附能(-5～-2 eV)远大于相应单层的吸附能，表明其对Li具有较好的吸附性能.Li在Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构的不同表面和界面处迁移时的扩散势垒非常小(0.3～0.6 eV)，对电池速率性能极为有利.Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构在LIBs的阳极电极材料方面的应用具有广泛的前景.

关键词：石墨烯异质结吸附能开路电压能带锂离子电池

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基于第一性原理的镧掺杂氧化锌的性质研究

原子与分子物理学报 2025年第1期 169-176页

作者：王馨悦许钟华吴光成谢富焯杨坚祝辉亚陈春燕广西民族师范学院数理与电子信息工程学院

本文采用第一性原理计算方法开展La掺杂ZnO的缺陷研究，分析了La在ZnO中的不同占位缺陷：替换位和间隙位缺陷的形成能、能带和态密度；证明了La掺杂ZnO的生长过程中，La替换Zn原子形成替换位缺陷的可能性要比进入间隙位形成间隙位缺陷... 详细信息

本文采用第一性原理计算方法开展La掺杂ZnO的缺陷研究，分析了La在ZnO中的不同占位缺陷：替换位和间隙位缺陷的形成能、能带和态密度；证明了La掺杂ZnO的生长过程中，La替换Zn原子形成替换位缺陷的可能性要比进入间隙位形成间隙位缺陷大，而在形成替换位缺陷时，选择富氧的生长环境要比富锌的生长环境好，替换位缺陷有助于提高ZnO的导电能力，改善ZnO的性能.本文的研究结果能够为La掺杂ZnO的实验和应用提供一定的理论参考.

关键词：氧化锌稀土元素能带电子态密度第一性原理

Na-Mn共掺对磷酸铁锂正极材料结构与性能的影响

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稀有金属与硬质合金 2024年第1期52卷 90-98页

作者：刘庆生符亲武喻修远江西理工大学材料冶金化学学部江西赣州341000

利用碳热还原法成功制备了Li_(0.97)Na_(0.03)Fe_(7/8)Mn_(1/8)PO_(4)正极材料,运用XRD、SEM、EDS和电化学测试等手段对其晶体结构、形貌、元素分布和电化学性能进行研究,并结合第一性原理计算分析材料性能提升的机理。结果表明,Na-Mn... 详细信息

利用碳热还原法成功制备了Li_(0.97)Na_(0.03)Fe_(7/8)Mn_(1/8)PO_(4)正极材料,运用XRD、SEM、EDS和电化学测试等手段对其晶体结构、形貌、元素分布和电化学性能进行研究,并结合第一性原理计算分析材料性能提升的机理。结果表明,Na-Mn掺杂一方面导致LiFePO_(4)晶格畸变,晶格体积增大,扩大了锂离子迁移通道,为锂离子嵌入/脱出提供更大的空间;另一方面使材料在电化学性能上表现出优异的高倍率性能和循环稳定性。Na-Mn掺杂有利于提高材料的锂离子扩散系数和电导率,从而提高其电化学性能。基于第一性原理计算结果表明,Na-Mn共掺杂使LiFePO_(4)晶格膨胀,晶格体积增大,并促使带隙宽度减小,增强了费米能级附近的电子态密度,提高了材料的电子电导率和锂离子迁移率。

关键词： Na-Mn共掺 LiFePO_(4) 正极材料晶体结构电化学性能能带第一性原理计算

理论探索二维X2UO4(X=K,Rb,Cs)的力学特征、电子结构和声子输运特征

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原子与分子物理学报 2025年第2期 149-156页

作者：程钧湖北医药学院研究生院

本文用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了三种建议的二维材料X2UO4(X=K, Rb, Cs)的稳定性、弹性、电子结构和声子振动特性.计算结果显示，三种材料同时具备较好的热力学、动力学和机械稳定性.电子结构表明，三种材料属于宽... 详细信息

本文用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了三种建议的二维材料X2UO4(X=K, Rb, Cs)的稳定性、弹性、电子结构和声子振动特性.计算结果显示，三种材料同时具备较好的热力学、动力学和机械稳定性.电子结构表明，三种材料属于宽禁带间接半导体，其计算能隙分别是3.90、3.79和3.42 eV,并且在300 K时有着71.31-174.23 cm2/Vs的电子迁移率.声子输运特性表明，三种材料的声子色散均没有虚频出现，声学模和低频光学模呈现强烈耦合，且有着低频率low-lying声子，这使得材料具备很强的声子非谐效应、低声子群速度和强声子散射率，从而表现出很低晶格热导率，在300 K温度下时仅为0.16-0.19 W/mK.这些特性表明，二维X2UO4(X=K, Rb, Cs)在纳米电子和热电器件领域具备应用潜力.

关键词：二维材料能带迁移率声子热导率

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拓扑超导——“天使粒子”的漫漫求索之路

大学科普 2024年第2期18卷 54-56页

作者：邹金雨华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心湖北武汉

一、拓扑超导与“天使粒子”20世纪80年代以来,物理学家们发现了一种新的物质——拓扑量子物态。它们的体能带由特殊的拓扑量子数来标记,并且具有拓扑稳定性,即连续地改变能带并不会改变拓扑数。拓扑量子物态的大家族有很多成员,比如量... 详细信息

一、拓扑超导与“天使粒子”20世纪80年代以来,物理学家们发现了一种新的物质——拓扑量子物态。它们的体能带由特殊的拓扑量子数来标记,并且具有拓扑稳定性,即连续地改变能带并不会改变拓扑数。拓扑量子物态的大家族有很多成员,比如量子反常霍尔效应、量子自旋霍尔效应、三维拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导等。其中最引人注目的便是拓扑超导。

关键词：量子反常霍尔效应拓扑绝缘体量子自旋霍尔效应拓扑稳定性拓扑量子数半金属能带超导

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钨钼合金的电子结构和光学性质的研究

成都信息工程大学学报 2024年第1期39卷 108-112页

作者：李叶古沈艳红虞游邓江韩玉娇杨运洲成都信息工程大学光电工程学院四川成都610225

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究钨金属及其掺杂合金W0.75Mo0.25和W0.5Mo0.5的电子结构和光学性能。电子结构的计算结果显示:随着纯W中掺入Mo的比例不断增加,其合金的整体费米能级上升,导带宽度变窄,热导率上升。光学性质的计算... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究钨金属及其掺杂合金W0.75Mo0.25和W0.5Mo0.5的电子结构和光学性能。电子结构的计算结果显示:随着纯W中掺入Mo的比例不断增加,其合金的整体费米能级上升,导带宽度变窄,热导率上升。光学性质的计算结果表明:随着Mo掺入比例的增加,其合金的介电常数先增大后减小,吸收范围减小,吸收强度降低,能量损失峰值减小,且曲线总体向低能方向移动。

关键词： W-Mo合金能带态密度光学性质密度泛函理论

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声电换能超材料设计与性能

航空动力学报 2022年第1期37卷 87-94页

作者：吕海峰余瀚海叶俊杰马智宇张景惠李静中北大学机械工程学院太原030051 北京市地铁运营有限公司运营一分公司北京102209

设计了一种将Helmholtz共振效应与压电效应结合的声电换能超材料结构及电路系统,通过传递矩阵法对超材料的能带结构进行了分析。以压电片作为Helmholtz共振器基底通过阵列形成超材料结构。当入射噪声频率与共振频率一致时,声电转换效率... 详细信息

设计了一种将Helmholtz共振效应与压电效应结合的声电换能超材料结构及电路系统,通过传递矩阵法对超材料的能带结构进行了分析。以压电片作为Helmholtz共振器基底通过阵列形成超材料结构。当入射噪声频率与共振频率一致时,声电转换效率最高。利用COMSOL分别对超材料单元及系统进行仿真,验证了超材料单元对于噪声的抑制作用;研究了超材料单元串并联方式对声电换能效率的影响规律;采用整流桥设计了交直流转换电路,采用超级电容设计了储能电路。测试结果表明:所设计的声电换能超材料系统的最优直流负载为250 kΩ。当声波以共振频率入射驱动时,系统的声电功率最大为1 523μW,实现了声电的能量转换、调理与储能。

关键词：噪声超材料共振电能能带

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交错金属线网超材料的能带设计与反常透射

交错金属线网超材料的能带设计与反常透射

作者：董为杰苏州大学

学位级别：硕士

金属线网结构是超材料领域最基本的构型之一,自其出现起就深受研究人员关注,展现低频等离子体的光学性质。典型的金属线网超材料具有一个从零频率起至等离子体频率的电磁禁带,在此频率区间内电磁波纵模和横模都无法传播。不过有理论预测... 详细信息

金属线网结构是超材料领域最基本的构型之一,自其出现起就深受研究人员关注,展现低频等离子体的光学性质。典型的金属线网超材料具有一个从零频率起至等离子体频率的电磁禁带,在此频率区间内电磁波纵模和横模都无法传播。不过有理论预测,两套独立线网(金属线网A和B)的交错结构可以在此频率禁带引入一条电磁纵模能带,而电磁横模依然被完全禁止。这一独特的低频纵模的出现导致了低于等离子体频率时透射现象的发生,从而被称为反常透射。本论文通过理论计算、样品制作和实验测量对交错金属线网超材料的反常透射现象进行研究,取得主要结果如下:(1)利用包含空间色散效应的均匀化理论表述单套与交错金属线网的有效介电函数,并理论推导其有限厚度超材料模型的透反射公式。在研究空间位置和线网粗细对能带特性影响后发现能带在高对称点处的简并受到子网格(线网A和B)结构对称性的保护。在透射仿真中观测到由低频纵模引起的一系列具有近似等频间隔的透射谱线。(2)通过层叠的方法制作了不同厚度的交错金属线网的微波样品,并搭建了转角度透射测试系统,从而实施了晶向φ分辨、角度θ分辨和偏振分辨的透射频谱表征。实验结果验证了低频纵模在等离子体频率以下区间里引起的反常透射效应,且发现了同前人理论预测不相符的性质——透射峰在子网格结构对称情形下依旧存在。(3)创造性地设计了一种外框架结构来控制两套线网间的导通和绝缘,并利用光固化三维打印以及金属化工艺完成太赫兹样品的制备,利用太赫兹时域光谱系统开展了实验表征,明确了进一步优化测量结果的措施。利用双系统间耦合产生新现象的思路可以被广泛应用在超材料和光子晶体的能带设计上,交错金属线网三维样品的制备和测量流程也为后续的实验研究提供新的思路,这样的交错系统可能在偏振转换、频率选择和太赫兹器件等相关方面有更实际的应用。

关键词：超材料线网透射测量能带

软铋矿Bi_(12)MnO_(20)的制备及利用超氧自由基提升其去除有机污染物光催化活性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第11期33卷 3570-3582页

作者：湛菁王焕伟李启厚王志坚房鑫中南大学冶金与环境学院长沙410083 湖南稀土金属材料研究院长沙410083

通过湿法球磨联合煅烧方法制备软铋矿型光催化材料Bi_(12)MnO_(20),其光吸收能力覆盖200~2200nm光谱范围。Bi_(12)MnO_(20)的晶体结构可以视为Mn^(4+)掺入到亚稳立方γ-Bi_(2)O_(3)的四面体中所得,并且Bi_(12)MnO_(20)的能带结构中出现... 详细信息

通过湿法球磨联合煅烧方法制备软铋矿型光催化材料Bi_(12)MnO_(20),其光吸收能力覆盖200~2200nm光谱范围。Bi_(12)MnO_(20)的晶体结构可以视为Mn^(4+)掺入到亚稳立方γ-Bi_(2)O_(3)的四面体中所得,并且Bi_(12)MnO_(20)的能带结构中出现禁带宽度为1.25eV的子带隙。这种能带结构的优化有利于Bi_(12)MnO_(20)光催化剂加速转化溶液中O_(2)为超氧自由基(·O_(2)^(-)),以改善光催化降解过程中的电荷分离和转移。结果表明,在模拟阳光照射下,Bi_(12)MnO_(20)对pH8溶液中浓度为10mg/L的孔雀石绿降解率达到95%以上。经过4次光降解实验后,Bi_(12)MnO_(20)对孔雀石绿的降解率保持在74.9%。

关键词： Bi_(12)MnO_(20) 光催化降解能带超氧自由基