SrTiO3氧敏材料与碳纳米管的第一性原理计算

论文摘要

本论文所进行的计算主要基于量子化学第一性原理的密度泛函理论和局域密度近似,计算软件为Materials Studio中的CASTEP和VASP。SrTiO3材料的氧化物半导体型氧传感器的响应时间,可由SrTiO3材料表面氧气吸附能和脱附能来表征。本论文主要研究了纯净的与分别掺杂Fe、Cr、Mg和Pd的SrTiO3(100)面吸附氧气的反应过程,计算结果表明,掺杂Fe能降低氧气在SrTiO3表面的脱附能,掺杂Cr和Mg则能同时降低氧气在SrTiO3表面的吸附能和脱附能,而掺杂Pd的SrTiO3表面,外界氧气可以先吸附到Pd上再转移到表面,均有助于缩短氧传感器的响应时间。在碳纳米管中掺入铁磁性纳米粒子,可以制备轻质量、高强度的微波屏蔽与吸收材料。本论文研究了填充有Fe、Co、Ni的单壁纳米碳管(5,5)的结构,结果表明,填充了铁磁性粒子的纳米碳管对外表现出一定的磁性,同时铁磁性粒子本身的磁矩也有增强。可以认为磁矩的变化是影响纳米碳管吸波性能中磁损耗的重要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 材料设计与计算
• 1.1 材料设计与计算
• 1.2 材料计算的理论方法
• 1.2.1 材料计算的量子化学计算方法
• 1.2.1.1 从头计算法
• 1.2.1.2 密度泛函理论方法
• 1.2.1.3 半经验的量子化学计算方法
• 1.2.2 基于第一性原理计算的密度泛函理论
• 1.2.2.1 第一性原理的计算方法
• 1.2.2.2 密度泛函理论
• 1.2.3 四面体方法
• 第二章 CASTEP 和VASP 软件简介
• 2.1 CASTEP 软件
• 2.1.1 简介
• 2.1.1.1 结构定义
• 2.1.1.2 计算设置
• 2.1.1.3 分析结果
• 2.1.2 CASTEP 的任务
• 2.1.2.1 CASTEP 的能量任务
• 2.1.2.2 CASTEP 几何优化任务
• 2.1.2.3 CASTEP 动力学任务
• 2.1.2.4 CASTEP 弹性常数任务
• 2.1.2.5 CASTEP 过渡状态搜寻任务
• 2.1.2.6 CASTEP 性质任务
• 2.2 VASP 软件简介
• 2.2.1 简介
• 2.2.2 VASP 的输入输出文件
• 2.2.2.1 VASP 的输入文件
• 2.2.2.2 VASP 的输出文件
• 3氧敏材料表面吸附性质计算'>第三章 SrTiO₃氧敏材料表面吸附性质计算
• 3材料简介'>3.1 用于氧气传感器的SrTiO₃材料简介
• 3材料的制备'>3.1.1 SrTiO₃材料的制备
• 3.1.1.1 固相合成法
• 3.1.1.2 固相分解法
• 3.1.1.3 溶胶凝胶法
• 3.1.2 氧化物半导体型氧传感器简介
• 3.1.2.1 工作原理
• 3氧传感器'>3.1.2.2 SrTiO₃氧传感器
• 3材料的能带结构和集居数计算'>3.2 SrTiO₃材料的能带结构和集居数计算
• 3.2.1 能带结构
• 3.2.2 物质的能带结构与物理性质
• 3的能带结构和集居数计算'>3.2.3 纯净SrTiO₃的能带结构和集居数计算
• 3 的能带结构和集居数计算'>3.2.4 掺杂杂质的SrTiO₃的能带结构和集居数计算
• 3 的能带结构和集居数计算'>3.2.4.1 掺杂Fe 的SrTiO₃的能带结构和集居数计算
• 3的能带结构计算'>3.2.4.2 掺杂Mg 的SrTiO₃的能带结构计算
• 3表面的氧气吸附性质计算'>3.3 Fe、Cr、Mg 替位掺杂SrTiO₃表面的氧气吸附性质计算
• 3 （100）表面吸附02的过渡态搜索计算'>3.3.1 纯净SrTiO₃（100）表面吸附02的过渡态搜索计算
• 3（100）表面吸附O₂的过渡态搜索计算'>3.3.2 Fe 替代Ti 位掺杂SrTiO₃（100）表面吸附O₂的过渡态搜索计算
• 3（100）表面吸附O₂的过渡态搜索计算'>3.3.3 Cr 替代Ti 位掺杂SrTiO₃（100）表面吸附O₂的过渡态搜索计算
• 3（100）表面吸附O₂的过渡态搜索计算'>3.3.4 Mg 替代Ti 位掺杂SrTiO₃（100）表面吸附O₂的过渡态搜索计算
• 3.3.5 比较与结论
• 3 表面的氧气吸附性质计算'>3.4 Pd 活化SrTiO₃表面的氧气吸附性质计算
• 3表面的O 上'>3.4.1 外界O 原子通过Pd 吸附到SrTiO₃表面的O 上
• 3表面的Sr 上'>3.4.2 外界O 原子通过Pd 吸附到SrTiO₃表面的Sr 上
• 3表面的Ti 上'>3.4.3 外界O 原子通过Pd 吸附到SrTiO₃表面的Ti 上
• 3.4.4 比较和结论
• 第四章 碳纳米管填充铁磁性粒子的磁性计算
• 4.1 用作隐身材料的碳纳米管简介
• 4.1.1 碳纳米管简介
• 4.1.2 碳纳米管隐身机理简介
• 4.2 填充铁磁性粒子的CNT（5,5）的非矢量磁矩计算
• 4.2.1 Fe、Co、Ni 的非矢量磁矩计算
• 4.2.1.1 体心立方Fe 的非矢量磁矩计算
• 4.2.1.2 体心立方Co 的非矢量磁矩计算
• 4.2.1.3 体心立方Ni 的非矢量磁矩计算
• 4.2.2 填充铁磁性粒子的CNT（5,5）的非矢量磁矩计算
• 4.2.2.1 填充Fe 的CNT（5,5）的非矢量磁矩计算
• 4.2.2.2 填充Co 的CNT（5,5）的非矢量磁矩计算
• 4.2.2.3 填充Ni 的CNT（5,5）的非矢量磁矩计算
• 4.2.2.4 比较与结论
• 4.3 填充铁磁性粒子的CNT（5,5）的矢量磁矩计算
• 4.3.1 Fe、Co、Ni 的矢量磁矩计算
• 4.3.1.1 体心立方Fe 的矢量磁矩计算
• 4.3.1.2 体心立方Co 的矢量磁矩计算
• 4.3.1.3 体心立方Ni 的矢量磁矩计算
• 4.3.2 填充铁磁性粒子的CNT（5,5）的矢量磁矩计算
• 4.3.2.1 填充Fe 的CNT（5,5）的矢量磁矩计算
• 4.3.2.2 填充Co 的CNT（5,5）的矢量磁矩计算
• 4.3.2.3 填充Ni 的CNT（5,5）的矢量磁矩计算
• 4.3.3 比较与结论
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录