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Mn与非金属元素N,C,S共掺锐钛矿型TiO_2电子性质和光学性质研究 被引量：15
1
作者 岳远霞 冯庆 王寅 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期479-486,共8页
金属与非金属共掺TiO2半导体以提高对可见光的利用率是近期研究的一个热点.本文通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,计算了Mn-N共掺杂、Mn-C共掺杂、Mn-S共掺杂TiO2晶体的能带、态密度、分态密度和光学性质.通过对比Mn-N共掺杂、... 金属与非金属共掺TiO2半导体以提高对可见光的利用率是近期研究的一个热点.本文通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,计算了Mn-N共掺杂、Mn-C共掺杂、Mn-S共掺杂TiO2晶体的能带、态密度、分态密度和光学性质.通过对比Mn-N共掺杂、Mn-C共掺杂、Mn-S共掺杂,这三种掺杂都在一定程度上改善了锐钛矿型二氧化钛对可见光的利用率,但Mn-C共掺杂相比于另外两种掺杂来说,对可见光的响应效果更好,电子从杂质能级跳跃到导带需要1.94eV能量,该能量恰好对应可见光吸收光谱中的吸收峰.并且Mn-C共掺杂对可见光的的吸收率,反射率都远高于其它两种掺杂体系. 展开更多
关键词 第一性原理 密度泛函理论 Mn-N C S共掺杂 锐钛矿TIO2 光学性质
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Fe-N共掺杂锐钛矿相TiO_2电子性质与光学性质的第一性原理研究 被引量：8
2
作者 冯庆 王渭华 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期345-352,共8页
近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO_2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO_2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO_2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂... 近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO_2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO_2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO_2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV而最低点与价带相距大约0.2 eV;N掺杂引起的杂质能带位于价带顶部附近.Fe和N共掺杂后杂质能带由两部分组成,位于价带顶上方0.62 eV和导带底下方0.22 eV处,其中一层杂质能带主要由N原子的2p轨道和Fe原子的3d轨道杂化形成,而另一条杂质能带主要由Fe原子的3d轨道形成,由于杂质能级的出现,使锐钛矿TiO_2的禁带宽度变小.对光学性质分析发现:Fe和N共掺杂会使锐钛矿TiO_2光学吸收带边红移,可见光区的光吸收系数明显增大,在低能区出现了新的吸收峰,对应能量为1.82 eV,与实验结果相符. 展开更多
关键词 锐钛矿相TIO2 第一性原理 密度泛函理论 Fe N共掺杂
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WO_3∶Mo纳米晶的制备及其光学氢敏特性研究 被引量：2
3
作者 付宏伟 杨晓红 +1 位作者 叶丽娟 马勇 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第B11期225-229,共5页
用水热法制备了不同掺杂浓度的WO3∶Mo纳米晶粒,研究了WO3∶Mo的微结构和形貌,分析了Mo的掺杂浓度对微结构的影响,并研究了该材料对氢气的光学敏感特性。结果表明,所有样品均呈现六方相结构,掺杂浓度为2%(原子分数)样品的(200)晶面的衍... 用水热法制备了不同掺杂浓度的WO3∶Mo纳米晶粒,研究了WO3∶Mo的微结构和形貌,分析了Mo的掺杂浓度对微结构的影响,并研究了该材料对氢气的光学敏感特性。结果表明,所有样品均呈现六方相结构,掺杂浓度为2%(原子分数)样品的(200)晶面的衍射峰最强;随着掺杂量的增加,样品的带隙减小;当工作温度为200℃时,掺杂浓度为2%(原子分数)的样品对浓度5.0×10-4的氢气表现出良好的光学氢敏特性。 展开更多
关键词 WO3 透光率 氢敏特性 水热法
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水热法制备ZnO∶Sb粉体结构及光学性质 被引量：3
4
作者 张起 马勇 邓泉 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2012年第8期61-65,共5页
采用水热法在石英衬底上以ZnCl2和SbCl3水溶液为源溶液,在较低温度下制备了Sb掺杂的ZnO粉体。采用X射线衍射(XRD)和EDS能谱仪对所生长ZnO粉体的晶体结构和元素成分进行了表征,考察了Sb掺杂对ZnO微观结构和发光性能的影响。结果表明:Sb... 采用水热法在石英衬底上以ZnCl2和SbCl3水溶液为源溶液,在较低温度下制备了Sb掺杂的ZnO粉体。采用X射线衍射(XRD)和EDS能谱仪对所生长ZnO粉体的晶体结构和元素成分进行了表征,考察了Sb掺杂对ZnO微观结构和发光性能的影响。结果表明:Sb掺杂的ZnO粉体呈六方纤锌矿结构。室温光致发光(PL)谱检测显示,Sb掺杂ZnO粉体具有很强的近带边紫外发光峰,而与深能级相关的缺陷发光峰则很弱。 展开更多
关键词 氧化锌 水热法 光学器件
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锐钛矿型氧化物XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面氧化性对NH_(3)气体光学气敏传感特性的影响 被引量：1
5
作者 李逸 冯庆 +3 位作者 张礼强 付岳 牟芷瑶 辜永红 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2021年第5期35-42,共8页
锐钛矿相金属氧化物XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)是具有传感特性的常见材料.光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检测出气体的成分和浓度,因此,氧化还原反应的强弱是反应传感... 锐钛矿相金属氧化物XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)是具有传感特性的常见材料.光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检测出气体的成分和浓度,因此,氧化还原反应的强弱是反应传感性能的核心原因.本文采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了含氧空位的锐钛矿相XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面特性.通过以NH_(3)为目标分子,研究分子表面吸附引起的氧化还原反应的机理,分析不相同的氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等.研究发现:目标分子稳定吸附在氧化物表面后改变材料光学性质.SnO_(2)表面对分子的吸附能最大,IrO_(2)表面与分子的吸附距离最小.NH_(3)分子与表面间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:IrO_(2)>TiO_(2)>ZrO_(2)>SnO_(2),氧化物表面氧化性的大小为:IrO_(2)氧空位>TiO_(2)氧空位>ZrO_(2)氧空位>SnO_(2)氧空位;比较吸收谱和反射谱发生变化最为明显的是TiO_(2)表面.结论,在可见光范围内,波长在400~530 nm时,SnO_(2)表面光学气敏传感效应更好.而在530~760 nm范围TiO_(2)表面光学气敏传感效应更好. 展开更多
关键词 锐钛矿相 NH_(3) 金属氧化物 密度泛函理论 光学气敏传感材料
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非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响 被引量：2
6
作者 周清斌 冯庆 +2 位作者 周康 田芸 刘鹏 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2019年第1期142-150,共9页
本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感... 本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性. 展开更多
关键词 光学性质 第一性原理 锐钛矿TiO2(101) NH3分子 表面掺杂
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MgO、SnO_2、TiO_2表面氧空位性质对气体光学传感特性的影响 被引量：1
7
作者 周康 冯庆 +1 位作者 田芸 周清斌 《原子与分子物理学报》 北大核心 2017年第5期856-864,共9页
光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子... 光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子进行微观机理研究,研究不同氧化物表面吸附气体分子的机理.对氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等进行分析.研究发现:含有氧空位缺陷的MgO(001)、SnO_2(110)和TiO_2(101)能稳定的吸附CO分子,吸附后造成了材料光学性质的变化,可作为光学气敏传感材料.分析发现:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因.表面吸附CO分子后,发现SnO_2(110)表面对分子的吸附能最大,分子与表面的吸附距离最短.通过差分电荷密度和电荷布居数发现,表面与CO分子间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:SnO_2(110)>TiO_2(101)>MgO(001),由此得出不同氧化物表面氧化性的大小为:SnO_2(110)>TiO_2(101)>MgO(001);通过对比吸收谱和反射谱发现:吸附气体分子后SnO_2(110)表面的光学性质变化最为明显,是一种较好的光学气敏传感材料. 展开更多
关键词 光学性质 密度泛函理论 锐钛矿TIO2 金红石SnO2 CO分子 表面吸附
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4d金属掺杂增强SnO_(2)对丙酮光学传感特性的理论分析
8
作者 付岳 冯庆 +2 位作者 牟芷瑶 高鑫 朱洪强 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第12期2339-2346,共8页
通过检测人体呼出气体中的微量丙酮可以筛查出早期的糖尿病患者,因此寻找能进行微量丙酮气体灵敏探测的材料是一个研究热点。本文计算4d金属杂质Mo、Ru、Rh、Ag掺杂金红石相SnO_(2)(110)表面吸附丙酮分子后的表面电荷布居(氧化还原性能... 通过检测人体呼出气体中的微量丙酮可以筛查出早期的糖尿病患者,因此寻找能进行微量丙酮气体灵敏探测的材料是一个研究热点。本文计算4d金属杂质Mo、Ru、Rh、Ag掺杂金红石相SnO_(2)(110)表面吸附丙酮分子后的表面电荷布居(氧化还原性能)、态密度、光学性质以及吸附稳定性,讨论了4d金属杂质掺杂对金红石相SnO_(2)(110)表面光学气敏传感特性的影响。研究结果发现:各金属杂质对表面的氧化还原性能都有着不同程度的影响;4d电子在费米能级附近形成杂质峰,其中Ru-4d电子引入的杂质峰最大,离费米能级最近,对SnO_(2)的禁带宽度改善最大;Ru掺杂对于金红石相SnO_(2)(110)表面在可见光范围内(400~760 nm)的光学性质的改善相对于Mo、Rh、Ag掺杂也有着较大的优势;所有的掺杂表面都能自发吸附丙酮分子,吸附后稳定性为:Ru>Rh>Ag>Mo。结论表明,Ru掺杂的SnO_(2)作为较为有效的丙酮光学气敏探测材料,有望通过探测人体呼出气体中的丙酮从而达到改善糖尿病的早期发现和诊断的效率。 展开更多
关键词 光学材料 丙酮气体 金属杂质 金红石 密度泛函理论 光学气敏传感
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磁流变液机理及行为描述的理论研究现状 被引量：10
9
作者 李海涛 彭向和 何国田 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期121-124,共4页
概述了解释磁流变液链化机理的3种理论即磁畴理论、相变理论和偶极矩理论,以及链化机理的定量分析和数值模拟。同时介绍了3种描述磁流变液行为的理论方法和途径即宏观本构描述、微观分析描述和数值模拟描述。上述磁流变液的基础理论研... 概述了解释磁流变液链化机理的3种理论即磁畴理论、相变理论和偶极矩理论,以及链化机理的定量分析和数值模拟。同时介绍了3种描述磁流变液行为的理论方法和途径即宏观本构描述、微观分析描述和数值模拟描述。上述磁流变液的基础理论研究对优化磁流变材料的配置和设计高性能磁流变装置具有重要意义。 展开更多
关键词 链化机理 行为描述 本构 微观分析 数值模拟
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Pt-N共掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究 被引量：8
10
作者 包秀丽 陈露 +1 位作者 杨凤 汪粒粒 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期520-526,共7页
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理中的平面波超软赝势(PWPP)方法对理想TiO_2,N单掺杂,Pt单掺杂和Pt-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析N单掺杂、Pt单掺杂及Pt-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带和态密度的影响.... 采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理中的平面波超软赝势(PWPP)方法对理想TiO_2,N单掺杂,Pt单掺杂和Pt-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析N单掺杂、Pt单掺杂及Pt-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带和态密度的影响.计算结果表明:掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀,Pt单掺杂、N单掺杂TiO_2禁带宽度变窄,Pt-N共掺杂TiO_2分别在价带顶和导带底产生杂质能级,且禁带宽度缩小范围大,表明Pt-N共掺杂能进一步提高锐钛矿TiO_2催化性能. 展开更多
关键词 Pt-N共掺杂 锐钛矿TIO2 能带结构 电子结构
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