納米顆粒鑲嵌功能薄膜的力、電、光、磁性能模擬研究.pdf

1、關(guān)于納米顆粒鑲嵌薄膜材料的制備方法及力、電、光和磁性能的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)有很多。但是，鑲嵌納米顆粒對功能薄膜材料性能影響機(jī)理的認(rèn)識還不夠充分，這將成為納米薄膜領(lǐng)域需要深入探索的一個難點(diǎn)和重點(diǎn)方向。目前，有關(guān)納米顆粒鑲嵌薄膜的計(jì)算機(jī)模擬主要著重于其光學(xué)和電學(xué)性能的研究，并取得一定的成果，但其力學(xué)和磁學(xué)性能方面的研究還比較少，納米顆粒對功能薄膜確切的發(fā)光激勵機(jī)制和導(dǎo)電性影響機(jī)理仍是一個有待進(jìn)一步探索的問題，本文結(jié)合第一性原理計(jì)算方法，利用Mat

2、erials Studio軟件對納米顆粒鑲嵌功能薄膜的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和磁學(xué)等性能進(jìn)行模擬研究，模擬計(jì)算了多種納米顆粒鑲嵌功能薄膜的光、電、力、磁性能參數(shù)，探討了鑲嵌納米顆粒對功能薄膜材料的性能影響機(jī)理。本文利用Materials Studio軟件的CASTEP模塊進(jìn)行如下模擬研究：
　　1.對碳（C）納米顆粒鑲嵌基體碳化硅（β-SiC）的納米顆粒鑲嵌薄膜的力學(xué)性能進(jìn)行模擬研究，得到鑲嵌納米顆粒前后體系的楊氏模量、體積模量、剪切模

3、量、泊松比、拉梅常數(shù)、各向異性因子、硬度等。結(jié)果表明：碳納米粒子在一定程度上可以提高β-SiC的力學(xué)性能；對 C/β-SiC鑲嵌薄膜的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行分析，得到其 X、Y、Z三方向的應(yīng)力應(yīng)變曲線很接近，表明該薄膜體系可以視為各向同性材料。
　　2.以半導(dǎo)體碳化硅（β-SiC）為基體，摻雜入釔（Y）原子，構(gòu)成單原子替位式摻雜結(jié)構(gòu)的Y/β-SiC納米薄膜，研究其磁學(xué)性能。模擬得到Y(jié)/β-SiC薄膜體系的磁矩、磁矩分布和上下自旋的態(tài)密度

4、圖和能帶結(jié)構(gòu)圖，結(jié)果顯示該薄膜體系產(chǎn)生了鐵磁性，并分析了摻雜Y原子使β-SiC表現(xiàn)出鐵磁性的機(jī)理。
　　3.通過對摻雜式Y(jié)/β-SiC納米薄膜施加三向壓縮載荷，得到Y(jié)/β-SiC納米薄膜的磁矩隨靜水壓縮應(yīng)力的變化規(guī)律。
　　4.在方石英SiO2中鑲嵌磷（P）納米顆粒，對P/SiO2納米顆粒鑲嵌薄膜的光電性能進(jìn)行模擬，得到 P/SiO2鑲嵌薄膜的電學(xué)性能（能帶結(jié)構(gòu)圖、態(tài)密度圖、電子密度、布居數(shù)、復(fù)介電函數(shù)、光電導(dǎo)率）和光學(xué)性能

5、（折射率、光吸收譜、反射率、耗散函數(shù)），并分析P納米顆粒對P/SiO2鑲嵌薄膜光電性能的影響機(jī)理。結(jié)果表明：在SiO2中鑲嵌P納米顆粒，在一定程度上可以提高SiO2的光電性能。
　　5.研究磷（P）納米顆粒含量對P/SiO2納米顆粒鑲嵌薄膜光電性能的影響。建立兩個超胞大小相同的方石英SiO2超胞模型，分別在其中鑲嵌尺寸不同的P3及P5納米晶粒，再建立一個超胞大小不同于以上薄膜超胞的2P3/SiO?模型，模擬計(jì)算三種P/SiO2薄膜