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三元陶瓷电子结构和光学性质的第一性原理研究

2020-12-14阅读(393)

三元陶瓷电子结构和光学性质的第一性原理研究

论文摘要

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算三元陶瓷Ti3AlC2,Ti3GeC2和掺杂Si的Ti3GeC2电子结构和光学性质。阐明了Ti3AlC2,Ti3GeC2的电子结构和光学性质的变化规律,从电子结构的角度分析了光学性质的微观机制。此外,还研究了掺杂Si对Ti3GeC2的电子结构和光学性质的影响规律及机制。计算Ti3AlC2和Ti3GeC2的能带结构及态密度表明,它们具有金属性,这与实验结果一致。研究了Ti3AlC2和Ti3GeC2的分态密度,揭示了各个原子电子对其态密度的贡献。计算了Ti3AlC2和Ti3GeC2的光学性质,结合电子结构分析发现,其介电峰源于Ti p和d与Al/Ge s和p的轨道间电子的跃迁。此外,Ti3AlC2的光电导率在2.7eV和34.9eV达到最大值;最大的能量损失峰在36.4eV处,源于Ti p和Ti d的轨道间电子的跃迁。Ti3GeC2的光电导率在2.6eV和34eV达到最大值;最大的能量损失峰在5.5eV和36eV处。Ti3AlC2和Ti3GeC2的反射率计算结果表明,Ti3AlC2和Ti3GeC2在紫外光区呈现大的反射率,是一种潜在的新型防紫外涂层材料。计算还发现,Ti3AlC2和Ti3GeC2在可见光区的反射率具有非选择性,表明它们可以作为航天器用温度控制涂层材料。计算掺杂Si的Ti3GeC2的电子结构和光学性质。电子结构计算结果表明,Ti3Si0.5Ge0.5C2具有金属的各向异性。Ti3Si0.5Ge0.5C2在费米能级处的态密度比Ti3GeC2小,说明掺杂后Ti3GeC2的金属导电性变弱。此外,计算了掺杂Si的Ti3GeC2光学性质,结果表明掺杂后介电峰出现在2.23eV和35.07eV处,在2.23eV处的介电峰为掺杂前的50%。对Ti3Si0.5Ge0.5C2在可见光区反射率计算发现,与掺杂前一样,Ti3Si0.5Ge0.5C2也具有非选择性,亦可作为航天器用温度控制涂层材料。另外,Si掺杂导致Ti3Si0.5Ge0.5C2在紫外区的反射率峰值降低,且峰值波长向短波移动。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 三元陶瓷的分类，结构及普遍性质
  • 1.2.1 三元陶瓷的分类
  • 1.2.2 三元陶瓷的结构
  • 1.2.3 三元陶瓷的性质
  • 1.3 课题研究的目的和意义
  • 1.4 课题研究的内容
  • 第2章 计算方法
  • 2.1 密度泛函理论
  • 2.2 第一性原理
  • 2.3 CASTEP 模块介绍
  • 2.4 本章小结
  • 3AlC2的电子结构和光学性质'>第3章 Ti3AlC2的电子结构和光学性质
  • 3.1 计算模型和参数设置
  • 3AlC2 的晶体结构'>3.2 Ti3AlC2的晶体结构
  • 3AlC2 的电子结构'>3.3 Ti3AlC2的电子结构
  • 3AlC2 的能带结构'>3.3.1 Ti3AlC2的能带结构
  • 3AlC2 的总态密度和分态密度'>3.3.2 Ti3AlC2的总态密度和分态密度
  • 3AlC2 的光学性质'>3.4 Ti3AlC2的光学性质
  • 3AlC2 的复介电函数'>3.4.1 Ti3AlC2的复介电函数
  • 3AlC2 的反射率'>3.4.2 Ti3AlC2的反射率
  • 3AlC2 的吸收系数'>3.4.3 Ti3AlC2的吸收系数
  • 3AlC2 的光电导率和损失函数'>3.4.4 Ti3AlC2的光电导率和损失函数
  • 3.5 本章小结
  • 3GeC2的电子结构和光学性质'>第4章 Ti3GeC2的电子结构和光学性质
  • 4.1 计算模型和参数设置
  • 3GeC2 的晶体结构'>4.2 Ti3GeC2的晶体结构
  • 3GeC2 的电子结构'>4.3 Ti3GeC2的电子结构
  • 3GeC2 的能带结构'>4.3.1 Ti3GeC2的能带结构
  • 3GeC2 的总态密度和分态密度'>4.3.2 Ti3GeC2的总态密度和分态密度
  • 3GeC2 的光学性质'>4.4 Ti3GeC2的光学性质
  • 3GeC2 的复介电函数'>4.4.1 Ti3GeC2的复介电函数
  • 3GeC2 的反射率'>4.4.2 Ti3GeC2的反射率
  • 3GeC2 的吸收系数'>4.4.3 Ti3GeC2的吸收系数
  • 3GeC2 的光电导率和损失函数'>4.4.4 Ti3GeC2的光电导率和损失函数
  • 4.5 本章小结
  • 3GeC2电子结构和光学性质'>第5章 掺杂Si 的Ti3GeC2电子结构和光学性质
  • 5.1 计算模型和参数设置
  • 3GeC2 的晶体结构'>5.2 掺杂Si 后Ti3GeC2的晶体结构
  • 3GeC2 的晶格参数'>5.2.1 掺杂Si 的Ti3GeC2的晶格参数
  • 3GeC2 的电子结构'>5.3 掺杂Si 的Ti3GeC2的电子结构
  • 3GeC2 的能带'>5.3.1 掺杂Si 的Ti3GeC2的能带
  • 3GeC2 的态密度'>5.3.2 掺杂Si 的Ti3GeC2的态密度
  • 3GeC2 的光学性质'>5.4 掺杂Si 的Ti3GeC2的光学性质
  • 3GeC2 的复介电函数'>5.4.1 掺杂Si 的Ti3GeC2的复介电函数
  • 3GeC2 的反射率'>5.4.2 掺杂Si 的Ti3GeC2的反射率
  • 3GeC2 的光电导率和损失函数'>5.4.3 掺杂Si 的Ti3GeC2的光电导率和损失函数
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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