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YBaCo_4O_7氧吸收性能的第一性原理研究

作　者: 惠德峰
导　师: 孙强
学　校: 郑州大学
专　业: 理论物理
关键词: 第一性原理 密度泛函理论 态密度 弛豫 YBaCo4O7 YBaCo3.5Al0.5O7 YBaCo3AlO7 YBaCo3.5Fe0.5O7
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法对YBaCo4O7以及部分Co被Al和Fe替换体系的氧吸收性进行了研究。在论文的第一部分,对类钙钛矿复合材料YBaCo4O7的氧吸收性质进行了研究,优化了晶体的晶格常数,找到了体系氧吸收的稳定间隙位。计算结果表明YBaCo4O7体系中由于具有较大的间隙,容易吸收0.5个O成为YBaCo4O7.5。与YBaCo4O7相比,YBaCo4O7.5的晶格变化不是很明显,基本保持YBaCo4O7的结构,它的晶格常数最大的变化是在[100]方向,减小了0.14（?）,而其它方向的改变均小于0.1（?）。间隙氧有较大的结合能为5.84eV,表明体系非常容易吸收0.5个O原子。对于YBaCo4O7吸收1个氧原子,其结合能为5.35eV,晶格常数在[010]方向变化最大,减小了0.17（?）,其他方向的变化也小于0.1（?）。在本论文的第二部分,我们研究了YBaCo4O7体系中部分Co被Al替代后结构及其氧吸收性。0.5个Al替代Co的稳定结构几乎与YBaCo4O7的结构相同。晶格常数在[010]方向有0.15（?）的减小,[001]方向有0.18（?）的减少,而在[100]方向仅有0.06（?）的增加。三个晶体基矢夹角变化最大为2.49°。然后进一步计算了1个Al替代Co后YBaCo3AlO7的稳定结构。与未替换前相比,YBaCo3AlO7的结构变化也不大,晶格常数在[010]方向有0.18（?）的减小,三个基矢的夹角变化最大为1.73°。在此基础上,我们研究了YBaCo3.5Al0.5O7和YBaCo3AlO7的氧吸收性质,发现YBaCo3AlO7比YBaCo3.5Al0.5O7更容易吸收氧,因前者的结合能较后者的大。在本论文的第三部分我们研究了YBaCo4O7中部分Co被Fe替代体系的结构和其氧吸收性。通过计算它们的替换能,发现替换量达到在一个YBaCo4O7单元中的1个Co被Fe替代时,替换能小于零,替换体系不稳定。研究YBaCo3.5Fe0.5O7吸收氧的性质,发现0.5个Co被Fe替代基本不影响体系的氧吸收性。最后我们分析了YBaCo4o7、YBaCo3.5Al0.5O7、YBaCo3AlO7和YBaCo3.5Fe0.5O7的态密度。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 引言  8-14
  1.1 钙钛矿材料的发展及研究现状  8
  1.2 钙钛矿的晶体结构与特性概述  8-11
    1.2.1 类钙钛矿结构概述  9
    1.2.2 钙钛矿及类钙钛矿材料研究方法  9-10
    1.2.3 钙钛矿材料的氧吸收和解吸收  10-11
  1.3 钙钛矿YBaCo_4O_7及其掺杂替代体系的氧吸收研究  11-12
  1.4 本论文研究的主要内容  12-14
第二章 密度泛函理论基础及计算实现介绍  14-28
  2.1 Thomas-Fermi模型  14-18
  2.2 密度泛函理论基础  18-23
    2.2.1 Hohenberg-Kohn定理  18-21
    2.2.2 Kohn-Sham方程  21-23
  2.3 交换-关联势  23-26
    2.3.1 局域密度近似(LDA)  23-24
    2.3.2 广义梯度近似(GGA)  24-26
  2.4 对密度泛函理论的修正  26-27
  2.5 第一原理计算的计算软件介绍  27-28
第三章 YBaCo_4O_7氧吸收性的第一性原理研究  28-37
  3.1 YBaCo_4O_7概述  28-31
    3.1.1 YBaCo_4O_7的性质  28-29
    3.1.2 YBaCo_4O_7的实验研究方法及一些成果  29-31
  3.2 计算研究方法  31-32
  3.3 计算结果  32-36
    3.3.1 对YBaCo_4O_7体系的晶格优化  32-33
    3.3.2 YBaCo_4O_7吸收0.5个氧的基态结构  33-35
    3.3.3 YBaCo_4O_7吸收1个氧的稳定能够间隙位  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 YBaCo_(4-x)Al_xO_7氧吸收性研究  37-43
  4.1 YBaCo_4O_7中的Co位替代研究概况  37-38
  4.2 YBaCo_4O_7中Co被Al替代的稳定结构  38-40
  4.3 YBaCo_(4-x)Al_xO_7的氧吸收性  40-42
  4.4 本章内容小节  42-43
第五章 YBaCo_(4-x)Fe_xO_7氧吸收性研究  43-49
  5.1 YBaCo_(3.5)Fe_(0.5)O_7的稳定结构  43-44
  5.2 YBaCo_(3.5)Fe_(0.5)O_7的氧吸收性  44-45
  5.3 YBaCo_4O_7及其替代体系的态密度  45-46
  5.4 氧在YBaCo_4O_7体系中的扩散  46-47
  5.5 本章小节  47-49
第六章 结论  49-50
参考文献  50-57
致谢  57-58
研究成果  58

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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