Y2O3介电性质的第一性原理研究及透明陶瓷制备

论文摘要

本文通过第一性原理赝势平面波方法计算了Y2O3的结构性质、振动性质和介电性质。采用第一性原理对Y2O3结构进行了优化，运用密度泛函微扰理论计算了材料在布里渊区中心点的声子频率；利用群论方法对声子模进行对称性标定和分类，并给出了红外光学声子模的纵向和横向频率分裂值（LO/TO）；计算了Y2O3的光频介电张量、零频介电张量和波恩有效电荷，得到了其折射率、吸收系数、介电和红外反射等谱图。计算结果表明：Y2O3在低于400cm-1或高于800cm-1的频段，不存在红外光学模或红外光学模强度弱，因而通过该波段的电磁波照射材料时存在较小的反射和损耗，材料具有较好的透波性能。采用共沉淀法制备了Y2O3纳米粉，并对其透明陶瓷的制备工艺进行了研究。以Y（NO3）3溶液和NH3·H2O为原料、（NH4）2SO4作分散剂，制备出组分为水合氢氧化物硝酸盐的前驱体沉淀物。在1100℃下煅烧4h，得到活性较高、烧结性能较好的Y2O3纳米粉体。此粉体经过等静压成型后，在1650℃低真气压下烧结10h、1400℃下5h退火处理得到透光性良好的透明陶瓷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土氧化物
• 2O₃介电性能研究背景'>1.2 Y₂O₃介电性能研究背景
• 1.3 第一性原理计算方法概述
• 2O₃透明陶瓷研究现状'>1.4 Y₂O₃透明陶瓷研究现状
• 1.4.1 透明陶瓷材料
• 2O₃透明陶瓷研究进展'>1.4.2 Y₂O₃透明陶瓷研究进展
• 1.5 本文研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 第一性原理基础理论及计算方法
• 2.1 晶格动力学基础
• 2.1.1 Born-Oppenheimer 近似
• 2.1.2 Hartree-Fock 近似
• 2.1.3 晶格动力学
• 2.1.4 声子对称性分类
• 2.2 密度泛函理论
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.2.2 Kohn-Sham 方程
• 2.2.3 LDA 与 GGA
• 2.2.4 赝势
• 2.3 密度泛函微扰理论
• 2.3.1 从Hessen 矩阵到 DFPT
• 2.3.2 原子位移扰动与电场扰动
• 2.3.3 波恩有效电荷
• 2.3.4 低频介电张量
• 2.3.5 LO/TO 频率分裂
• 2.4 本章小结
• 第三章 Y2O3介电性质的第一性原理计算
• 3.1 理论模型与计算参数
• 2O₃理论模型'>3.1.1 Y₂O₃理论模型
• 2O₃计算参数'>3.1.2 Y₂O₃计算参数
• 3.2 结构优化
• 3.3 声子频率计算
• 2O₃的晶体对称性群论分析'>3.3.1 Y₂O₃的晶体对称性群论分析
• 2O₃声子计算'>3.3.2 Y₂O₃声子计算
• 3.4 波恩有效电荷
• 3.5 低频介电张量与红外反射光谱
• 3.6 LDA 与GGA 计算结果比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 Y2O3透明陶瓷制备
• 4.1 透明陶瓷制备理论
• 4.1.1 影响透明陶瓷的因素
• 4.1.2 制备透明陶瓷的基本要求
• 2O₃纳米粉体的制备'>4.2 Y₂O₃纳米粉体的制备
• 4.2.1 纳米粉体的制备方法
• 4.2.2 实验部分
• 2O₃透明陶瓷的制备'>4.3 Y₂O₃透明陶瓷的制备
• 4.3.1 陶瓷成型
• 4.3.2 陶瓷烧结
• 4.3.3 烧结样品表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究生在读其间的研究成果