插层化合物LixTiS2有序结构稳定性的第一性原理研究

论文摘要

本论文依据插层化合物中插层离子有序—无序相变的事实和插层离子的有序结构对材料性能的决定作用，选定插层离子的有序结构稳定性等问题为研究对象。Materials Studio是一种比较先进的基于密度泛函理论的第一性原理材料模拟和计算软件，本论文就是利用这套软件对用密度波方法所确定的有序结构模型的稳定性进行了研究。具体操作是，根据插层化合物LixTiS2已有的晶体结构参数，用Visualizer建立有序结构模型。选择合适的的参数设置，用CASTEP对该结构模型进行几何优化计算，得到对应的能量和晶格参数，而后计算结构模型的态密度和能带结构并进行分析，最终得出结论。计算结果发现：在三角晶格的有序结构中，形成能随Li离子浓度先减小后增加，其中31/2a0×31/2a0结构最稳定。晶格参数c0随Li离子浓度单调增加。这与实验测试结果是一致的。这种影响源于Li离子与母体间的相互作用。在六角蜂窝晶格的有序结构中，晶格参数c0随Li离子浓度先增加后减小。这种变化源于S原子对Li的屏蔽。对三维隔层结构与对应的二维结构的态密度的计算结果显示：它们的形状极其相似，仅在量值上有所区别。能带结构分析表明：三维隔层结构的导带宽度比对应得二维结构窄。这表明二维结构比三维隔层结构导电性要好。究其原因在于：三维隔层结构是在二维结构的基础上隔层去掉了Li离子，这相当于在二维结构态密度上产生了微扰，因此总态密度图相似。但由于隔层去除Li离子，使得晶体中导电电子数大量减少，以致三维隔层结构导电性能明显下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题的提出及其意义
• §1-1-1 插层化合物的概述及其用途
• §1-1-2 碱金属插层化合物的结构特征
• §1-1-3 实验上已发现的插层离子二维有序结构
• §1-1-4 目前已确定的插层离子三维有序结构
• §1-2 课题的研究方法
• §1-2-1 第一原理方法概述及其进展
• §1-2-2 计算机及应用软件在材料科学研究中的应用
• §1-3 课题的研究目的与内容
• 第二章 课题研究的理论基础和软件介绍
• §2-1 密度泛函理论
• §2-1-1 多电子体系的薛定谔方程
• §2-1-2 密度泛函理论
• §2-1-3 赝势平面波方法和超软赝势
• §2-2 软件介绍
• §2-2-1 CASTEP模拟软件简介
• §2-2-2 几何结构优化
• §2-2-3 软件的具体操作过程
• xTiS₂有序结构稳定性及电子结构研究'>第三章 插层化合物Li_xTiS₂有序结构稳定性及电子结构研究
• xTiS₂的二维三角晶格结构模型的计算'>§3-1 Li_xTiS₂的二维三角晶格结构模型的计算
• §3-1-1 二维三角晶格有序结构模型的建构
• §3-1-2 几何优化初始设置
• §3-1-3 计算结果及分析
• xTiS₂的二维六角蜂窝结构模型的计算'>§3-2 Li_xTiS₂的二维六角蜂窝结构模型的计算
• §3-2-1 二维六角蜂窝有序结构模型的建构
• §3-2-2 几何优化初始设置
• §3-2-3 计算结果及分析
• xTiS₂的三维晶格与二维晶格的电子结构的分析比较'>§3-3 Li_xTiS₂的三维晶格与二维晶格的电子结构的分析比较
• §3-3-1 三维有序结构模型的确立和建构
• §3-3-2 几何优化初始设置
• §3-3-3 态密度和能带结构分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果