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不锈钢表面Al/Cu涂层制备与第一性原理计算
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作者 李德元 李光全 张楠楠 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期165-171,共7页
为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理,在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物,随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、... 为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理,在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物,随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、熵、吉布斯自由能和热容等数据。将热力学和扩散动力学相结合,提出有效生成自由能模型来预测化合物在Al/Cu界面的生成顺序。结果表明:Al/Cu涂层中首先形成Al_(2)Cu相,在Al/Cu界面处出现了AlCu相,加热时间增加至20 h后出现了富Cu的Al_(4)Cu_(9)相。由第一性原理计算得出,Al-Cu金属间化合物的形成顺序为Al_(2)Cu→AlCu→Al_(4)Cu_(9),与实验结果一致。此外,氧化实验结果表明,涂层具有良好高温抗氧化性能。 展开更多
关键词 Al/Cu涂层 304不锈钢 电弧喷涂 等离子喷涂 第一性原理计算 金属间化合物 抗高温氧化 热处理
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过渡金属元素掺杂对SmCo_(3)合金结构和磁性能影响的第一性原理计算
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作者 严志 方诚 +1 位作者 王芳 许小红 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期250-257,共8页
在稀土永磁材料中,Sm-Co基合金具有优异的高温磁性能,是目前最有发展前景的永磁材料.然而,这些合金在高温环境的实际应用中,由于其相对较低的饱和磁化强度和结构稳定性而受到限制.本研究采用Fe,Ni,Cu,Zr作为代表的过渡金属元素,通过第... 在稀土永磁材料中,Sm-Co基合金具有优异的高温磁性能,是目前最有发展前景的永磁材料.然而,这些合金在高温环境的实际应用中,由于其相对较低的饱和磁化强度和结构稳定性而受到限制.本研究采用Fe,Ni,Cu,Zr作为代表的过渡金属元素,通过第一性原理计算,研究掺杂元素对SmCo_(3)合金结构稳定性、磁性能和电子结构的影响.计算结果表明,元素Ni,Cu和Fe的掺杂有利于提升SmCo_(3)体系结构稳定性,而元素Zr的掺杂不利于体系结构稳定性.磁性能计算表明,掺杂非磁性元素在一定程度上会降低SmCo_(3)体系的总磁矩,而掺杂磁性元素可以增大SmCo_(3)体系的总磁矩,在SmCo_(3)体系中并不是掺杂所有的磁性元素都可以增大体系总磁矩,并通过电子结构的分析阐明了其微观机制.最后筛选出了过渡元素Fe有利于提升SmCo_(3)的磁性能和结构稳定性,并在其原胞中掺杂原子百分比为0—22.22%范围内,预测了其最佳掺杂原子百分比为18.52%. 展开更多
关键词 SmCo_(3)型永磁合金 第一性原理计算 过渡元素掺杂 综合磁性能
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基于同步辐射与第一性原理计算的Al/Cu钎焊界面组织与接头性能研究
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作者 杨俊朝 黄冠 +3 位作者 丁宗业 纠永涛 龙伟民 胡侨丹 《铸造技术》 CAS 2024年第3期293-299,共7页
界面脆性化合物对Al/Cu钎焊接头力学性能影响显著,明晰界面化合物的形成、生长行为与块体性质对调控界面组织与接头性能至关重要。本文借助同步辐射X射线成像技术对加热与冷却过程中Al/Cu钎焊界面组织演变进行动态表征,利用第一性原理... 界面脆性化合物对Al/Cu钎焊接头力学性能影响显著,明晰界面化合物的形成、生长行为与块体性质对调控界面组织与接头性能至关重要。本文借助同步辐射X射线成像技术对加热与冷却过程中Al/Cu钎焊界面组织演变进行动态表征,利用第一性原理计算对界面化合物的块体性质进行计算,研究了界面化合物的形成次序、模量与键合特征。结果表明,界面Al_(2)Cu与Al_(4)Cu_(9)化合物在冷却过程中形成,小平面枝晶状Al_(2)Cu化合物为初生相,从原始界面处凝固析出,且二次枝晶臂呈非对称性;与母材接触后发生扩散反应形成层状Al_(4)Cu_(9)化合物。界面化合物具有金属键与共价键的混合键合特征,Al_(4)Cu_(9)化合物具有较高的结合能、体积弹性模量、剪切模量、杨氏模量与硬度,可提高Al/Cu钎焊接头硬度,降低塑韧性。 展开更多
关键词 Al/Cu钎焊 同步辐射 第一性原理计算 化合物 力学性能
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第一性原理计算在高熵合金中的应用
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作者 刘海洋 刘华英 《热处理技术与装备》 2024年第2期59-65,共7页
第一性原理计算作为一种无需任何实验参数的理论计算方法,是现阶段解决实验理论问题和预测新材料结构性能的有力工具。由于高熵合金为无序固溶体合金,晶格中原子的排布是随机的,这给固溶体模型的构建带来了困难。基于第一性原理综述了... 第一性原理计算作为一种无需任何实验参数的理论计算方法,是现阶段解决实验理论问题和预测新材料结构性能的有力工具。由于高熵合金为无序固溶体合金,晶格中原子的排布是随机的,这给固溶体模型的构建带来了困难。基于第一性原理综述了高熵合金结构常用的构建方法(简单超胞法、特殊准无序超胞法、虚拟晶体近似法和相干势近似法)及其在高熵合金性能预测中的应用和局限性。 展开更多
关键词 第一性原理计算 高熵合金 固溶体模型
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基于第一性原理计算的单原子催化剂电催化还原CO_(2)研究实验设计
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作者 王兆杰 曹守福 +2 位作者 刘思远 李娇 胡玉颖 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第3期93-100,共8页
为了拓展计算材料学实验课程前沿内容,设计了基于第一性原理计算的电催化CO_(2)还原体系性能研究实验项目。实验包括电催化CO_(2)还原(ECO_(2)RR)体系基础学习、计算模型构建、任务提交及计算结果分析等内容。该文介绍了ECO_(2)RR体系... 为了拓展计算材料学实验课程前沿内容,设计了基于第一性原理计算的电催化CO_(2)还原体系性能研究实验项目。实验包括电催化CO_(2)还原(ECO_(2)RR)体系基础学习、计算模型构建、任务提交及计算结果分析等内容。该文介绍了ECO_(2)RR体系的设计和模拟方法,通过在Mo_(2)CO_(2) MXene基单原子催化剂表面构建电催化体系,对其CO_(2)吸附机理和还原机理进行了分析,并通过对比生成不同反应产物的反应能量研究了单原子催化剂与ECO_(2)RR活性和产物选择性的构效关系。 展开更多
关键词 电催化CO_(2)还原 第一性原理计算 单原子催化剂
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土壤中有机质镉的同位素组成特征:来自第一性原理计算的约束
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作者 张田迪 邢乐才 +4 位作者 赵浩男 李英 谷一帆 杨阳 何洪涛 《河北工程大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期106-112,共7页
基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法来精确量化有机质表面配合物(OSCs)和金属-有机框架(MOFs)形成过程中产生的镉(Cd)同位素平衡分馏。计算结果表明,25℃下OSCs和水溶液之间的Cd同位素平衡分馏较小且无明显的选择性,Δ114/110 C... 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法来精确量化有机质表面配合物(OSCs)和金属-有机框架(MOFs)形成过程中产生的镉(Cd)同位素平衡分馏。计算结果表明,25℃下OSCs和水溶液之间的Cd同位素平衡分馏较小且无明显的选择性,Δ114/110 Cd_(OSCs-Cd(aq))=-0.34‰~0.02‰。相反,Cd^(2+)一旦从OSCs转换为MOFs时,Cd同位素将产生极大的分馏,Δ114/110 Cd_(MOFs-Cd(aq))=-1.92‰~-0.29‰。此外,Cd的第一配位层中出现的N和S原子越多,MOFs与水溶液之间的Cd同位素平衡分馏越大。计算结果范围覆盖了实验测定的表层土壤Cd同位素分馏,表明土壤有机质中Cd的不同赋存状态控制着其同位素组成。最后,这些分馏数据丰富了Cd同位素数据库,便于学者们定量地使用Cd同位素手段来限定Cd的迁移转化过程。 展开更多
关键词 镉同位素 同位素平衡分馏 有机质表面络合 金属-有机框架 第一性原理计算
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第一性原理计算方法在钢中夹杂物研究中的应用 被引量:2
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作者 张静 刘瀚泽 +2 位作者 张世锟 任强 张立峰 《中国冶金》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期6-16,24,共12页
钢中夹杂物控制对提高钢的性能十分重要,第一性原理计算方法可以从微观角度解释并预测钢中夹杂物生成机理,并解释其结构与性能的关系,现已开始在钢中夹杂物性质研究中应用。综述了第一性原理计算方法在钢中夹杂物控制研究中的应用,包括... 钢中夹杂物控制对提高钢的性能十分重要,第一性原理计算方法可以从微观角度解释并预测钢中夹杂物生成机理,并解释其结构与性能的关系,现已开始在钢中夹杂物性质研究中应用。综述了第一性原理计算方法在钢中夹杂物控制研究中的应用,包括钢中夹杂物诱导腐蚀、异质形核和力学性能等性质,总结了表面能、电子功函数、界面能、黏附功以及体积模量等性质参数的意义及计算公式,对比了其与钢基体之间的性质差异。采用第一性原理计算方法研究钢中夹杂物性质,可为钢中夹杂物控制提供一定的理论基础。 展开更多
关键词 第一性原理计算 钢中夹杂物 电子功函数 异质形核 力学性能
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二元铝锂合金析出相错配度的第一性原理计算
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作者 梁超平 王飞龙 +2 位作者 唐赛 刘文胜 马运柱 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期68-77,共10页
通过第一性原理计算结合准谐德拜模型系统研究了热膨胀系数、固溶度和空位浓度对Al/Al_(3)Li和Al/AlLi晶格错配度的影响规律,发现Al/Al_(3)Li晶格错配主要源于有序■无序相转变和热膨胀系数差异,而Al/AlLi的错配,除了晶体结构外,主要受... 通过第一性原理计算结合准谐德拜模型系统研究了热膨胀系数、固溶度和空位浓度对Al/Al_(3)Li和Al/AlLi晶格错配度的影响规律,发现Al/Al_(3)Li晶格错配主要源于有序■无序相转变和热膨胀系数差异,而Al/AlLi的错配,除了晶体结构外,主要受两相中锂固溶成分的影响。通过与实验析出相的尺寸比较得出Al/Al_(3)Li之间为共格相界,而Al/AlLi为非共格相界。对热膨胀系数、固溶度和空位浓度的分析不仅确定了晶格错配的起源,而且也为相关实验现象提供了理论解释。 展开更多
关键词 第一性原理计算 铝合金 析出相 晶格错配
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第一性原理计算在电化学腐蚀中的应用研究进展
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作者 王勇 张微微 +2 位作者 李永存 张旭昀 孙丽丽 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第12期159-169,共11页
第一性原理从微观角度对材料性质进行模拟和研究,是一种涉及材料科学、物理学、化学、计算机科学及人工智能的计算方法。近年来,第一性原理计算应用于材料电化学腐蚀领域,可在原子层面分析腐蚀和氧化的微观作用机理和微观机制,从电子层... 第一性原理从微观角度对材料性质进行模拟和研究,是一种涉及材料科学、物理学、化学、计算机科学及人工智能的计算方法。近年来,第一性原理计算应用于材料电化学腐蚀领域,可在原子层面分析腐蚀和氧化的微观作用机理和微观机制,从电子层面解释腐蚀产生的内在原因,为腐蚀科学研究开辟了一条新思路和研究方向。本文通过对现有研究成果调研分析,阐述了第一性原理基本方法,综述了第一性原理计算在材料表面吸附与扩散、钝化膜及界面稳定性、元素掺杂及夹杂相溶解、缓蚀与电池电化学、高熵合金及非晶合金腐蚀等方面的研究机理及国内外研究进展。全文总结了第一性原理在腐蚀各领域应用存在的问题,在腐蚀过程直接表征、材料定量建模计算、非晶结构和非晶相建模、腐蚀全过程模拟等方面亟待开展深入研究。最后对第一性原理计算应用于腐蚀研究的发展方向进行了展望。本文对于研究金属表面吸附对腐蚀性能的影响机理、讨论钝化膜与界面稳定性和破坏机理、揭示元素掺杂与析出相诱发基体腐蚀的本质、深入理解缓蚀机理并设计新型缓蚀剂,以及描述高熵合金或非晶结构中局域结构动态演化过程等方面有重要的理论指导意义,对于扩展第一性原理在腐蚀科学研究中的应用具有很好的指导价值。 展开更多
关键词 第一性原理计算 第一性原理分子动力学 腐蚀 电池电化学 非晶合金
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黄色荧光粉La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)的结构、性能研究及第一性原理计算
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作者 林莹 刘梦丽 +3 位作者 陈文杰 高腾 胡晓琳 庄乃锋 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期164-168,共5页
运用高温固相法合成掺铈的氮化物荧光粉La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)。采用X射线衍射仪、能谱仪、荧光光谱仪对合成样品的结构、发光性能等进行研究,利用Rietveld方法对其结构精修,并计算了La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)的色坐标、色纯... 运用高温固相法合成掺铈的氮化物荧光粉La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)。采用X射线衍射仪、能谱仪、荧光光谱仪对合成样品的结构、发光性能等进行研究,利用Rietveld方法对其结构精修,并计算了La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)的色坐标、色纯度和色温。结果表明:该荧光粉的色坐标为(0.4165,0.558),落在黄绿光区域,计算得到La_(2.82)Si_(6)N_(11)∶Ce_(0.18)^(3+)的色纯度约为92.86%,具有较高的纯度,相关色温为4137K,属于中间色温。通过计算可得掺杂后La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)的带隙值为2.92eV,相对掺杂前略微减少,且La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+)体系属于直接带隙结构,从而有利于提高其发光性能。 展开更多
关键词 La_(3)Si_(6)N_(11)∶Ce^(3+) XRD-Rietveld结构精修 发光性能 第一性原理计算
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Y掺杂MgZn_(2)稳定性、电子结构和力学性能的第一性原理计算
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作者 陈敬昶 刘建国 +3 位作者 陆绍敏 钟丽辉 陈丽萍 王远 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期444-450,共7页
目的稀土元素Y掺杂是改善7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径,然而因其掺杂量极低,通过实验很难测定微量Y对7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用,限制了7xxx系铝合金的进一步发展。采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对7xxx系铝合金中重... 目的稀土元素Y掺杂是改善7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径,然而因其掺杂量极低,通过实验很难测定微量Y对7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用,限制了7xxx系铝合金的进一步发展。采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对7xxx系铝合金中重要析出相MgZn_(2)的影响机理,为7xxx系铝合金的微合金化强韧机理研究提供理论依据。方法构建适于第一性原理计算、Mg/Zn的原子数分数比为1∶2的晶体模型,Y原子通过替换Mg或Zn原子的方式进行掺杂,通过能量计算、电子计算和弹性常数计算等分析Y掺杂对MgZn_(2)能量稳定性、电子结构和力学性能的影响机理。结果经Y掺杂后,形成3种固溶体Mg_(3)Zn_(8)Y、Mg_(4)Zn_(7)Y-1和Mg_(4)Zn_(7)Y-2,它们的形成热均小于0,即它们均可自发形成且稳定存在。通过结合能计算发现,3种固溶体的结合能都小于MgZn_(2)的结合能,说明Y掺杂促进了MgZn_(2)的稳定性。通过电子结构分析发现,Y掺杂后与Mg、Zn原子形成强的共价键,增强了体系的稳定性,Mg-Zn原子间形成了强离子键,MgZn_(2)中Zn-Zn原子间的共价键变为强离子键。力学性能计算结果表明,经Y掺杂后MgZn_(2)的硬度降低、韧性上升,即Y掺杂增强了7xxx系铝合金中重要弥散析出相MgZn_(2)的韧性,从而提升了7xxx系铝合金的断裂韧性和抗疲劳能力。结论基于计算结果分析得出,Y掺杂提升了MgZn_(2)的稳定性、键合强度和断裂韧性,相关计算分析为微量Y掺杂增强7xxx系铝合金断裂韧性的实验分析提供了指导。 展开更多
关键词 MgZn_(2) Y掺杂 电子结构 力学性能 第一性原理计算
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InAs基范德华异质结界面电荷转移特性第一性原理计算的研究进展
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作者 成田恬 张坤 +5 位作者 罗曼 孟雨欣 祖源泽 王奕锦 王鹏 余晨辉 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期666-680,共15页
由低维InAs材料和其他二维层状材料堆叠而成的垂直范德华异质结构在纳米电子、光电子和量子信息等新兴领域中应用广泛。探索跨结界面的电荷转移机制对于全面理解该类器件的非凡特性至关重要。第一性原理计算在揭示界面电荷转移特性与各... 由低维InAs材料和其他二维层状材料堆叠而成的垂直范德华异质结构在纳米电子、光电子和量子信息等新兴领域中应用广泛。探索跨结界面的电荷转移机制对于全面理解该类器件的非凡特性至关重要。第一性原理计算在揭示界面电荷转移特性与各种能量稳定型InAs基范德华异质结的电、光、磁等原理物理特性和器件性能变化之间的内在关系方面发挥着不可比拟的作用。文中梳理、总结和探讨了近年来InAs基范德华异质结间界面电荷转移特性的理论研究工作与潜在的功能应用,提出在理论方法和计算精度方面大力发展第一性原理计算的几个途径,为更好地开展InAs基范德华异质结的基础科学研究和应用器件设计提供可借鉴的量化研究基础。 展开更多
关键词 InAs异质结 范德华堆叠结构 界面电荷转移 第一性原理计算
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氧原子在氟化石墨烯上扩散的第一性原理计算
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作者 杨海林 陈琦丽 +1 位作者 顾星 林宁 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期228-237,共10页
石墨烯的氟化是改善石墨烯涂层腐蚀防护能力的有效方法之一.本文使用NEB过渡态搜索方法研究了O原子在完全氟化石墨烯(CF)和部分氟化石墨烯(C_(4)F)上的扩散和穿透行为,分析F原子对石墨烯薄膜抗腐蚀能力的影响.计算结果显示,F原子的吸附... 石墨烯的氟化是改善石墨烯涂层腐蚀防护能力的有效方法之一.本文使用NEB过渡态搜索方法研究了O原子在完全氟化石墨烯(CF)和部分氟化石墨烯(C_(4)F)上的扩散和穿透行为,分析F原子对石墨烯薄膜抗腐蚀能力的影响.计算结果显示,F原子的吸附能有效抑制O原子在石墨烯上的扩散,C_(4)F上O原子的表面扩散能垒显著提高,CF内O原子的水平扩散能垒更是高达2.69 eV.而且F原子的增加使得C原子层对O原子穿透的阻隔能力减小,在CF中,O原子的穿透主要受到F原子层的阻隔.此外采用第一性原理计算方法计算了纯石墨烯、CF和C_(4)F薄膜与Cu(111)表面的界面粘附功以及电子结构.计算表明,相比于纯石墨烯,CF和C_(4)F能更好地与基底结合,界面粘附功随着F原子的吸附浓度增大而提高.Cu/C_(4)F和Cu/CF界面的电荷转移均增加,其中Cu/C_(4)F界面的电荷转移更多,C_(4)F与Cu(111)表面的部分Cu原子生成Cu—C键. 展开更多
关键词 氟化石墨烯 腐蚀 扩散能垒 第一性原理计算
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基于第一性原理计算Mo_(2)NS_(2)对多硫化锂的吸附性能
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作者 彭祯凯 李卫 +3 位作者 任青颖 朱宸 许杰 白刚 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第5期720-728,共9页
高效的储能技术一直都是限制新能源汽车发展的关键因素,而具有超高理论比能量密度(2 500 W·h/kg)的锂硫电池被认为是最有希望的下一代可充电电池。然而,锂硫电池的实际应用受到硫导电性差和多硫化锂的穿梭效应等的限制。为了解决... 高效的储能技术一直都是限制新能源汽车发展的关键因素,而具有超高理论比能量密度(2 500 W·h/kg)的锂硫电池被认为是最有希望的下一代可充电电池。然而,锂硫电池的实际应用受到硫导电性差和多硫化锂的穿梭效应等的限制。为了解决这些问题,提出以硫功能化的过渡金属氮化物材料来提高锂硫电池的电化学性能。对载体二硫氮化钼和吸附物多硫化锂进行建模,并计算载体的态密度;通过计算系统总能量找到了最佳吸附构型,并研究了吸附多硫化锂后复合材料的电荷差分密度和态密度;计算了多硫化锂在吸附载体界面的吉布斯自由能。研究结果表明,二硫氮化钼对多硫化物有较好的吸附强度,在放电过程中表现出较低的吉布斯自由能势垒(0.84 eV),加快了放电反应速率,缩短了电极反应中的多硫化锂的存在时间,从而有利于抑制多硫化锂的溶解和穿梭效应。本研究为过渡金属氮化物以及其他二维材料作为高性能硫阴极材料的设计提供了参考。 展开更多
关键词 锂硫电池 穿梭效应 第一性原理计算 二硫氮化钼 吸附强度
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高压下KNN压电性能的第一性原理计算
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作者 张涛 陆荣浩 +3 位作者 杨龙海 李敏 周丽君 席悦 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第5期1000-1007,共8页
针对面向声学煤矿传感技术的高性能无铅压电材料铌酸钾钠(KNN),外加力场是调控其电学性能的重要手段之一。为研究高压条件下KNN的压电性能变化规律,采用基于密度泛函的第一性原理计算方法研究了不同压力下KNN的晶格常数、相结构能量、... 针对面向声学煤矿传感技术的高性能无铅压电材料铌酸钾钠(KNN),外加力场是调控其电学性能的重要手段之一。为研究高压条件下KNN的压电性能变化规律,采用基于密度泛函的第一性原理计算方法研究了不同压力下KNN的晶格常数、相结构能量、电子结构、介电性能和压电性能,系统研究不同压力下KNN压电性能的变化机理,确定其最佳的压力工作点。结果表明:随着外加压力从0增加至21 GPa,KNN晶胞内晶格常数减小(原子间距离减小),电子结构中的能带带隙先减小后增大,电子结构电子云重叠程度增大和原子间静电作用增强。在外加压力15~18 GPa范围内,KNN从三方相R相转变为正交相O相,此时R相和O相自由能差值低,自由能分布更平坦,晶格在外场下更容易发生形变,NbO^(-)_(6)八面体也更容易发生畸变从而增强KNN压电性能。在外加压力为15 GPa下的KNN具有优良的介电性能和最大的压电性能e 33=7.2 C/m^(2),有利于提升声学煤矿感知技术从而充分保障煤矿井下工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 压力场 共存相 第一性原理计算 压电性能
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