空位缺陷及摻雜對CaB6結(jié)構(gòu)性能影響研究.pdf

1、作為一類非常重要的結(jié)構(gòu)及功能材料，金屬六硼化物(MB6)一般有著高熔點、高強度和化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，其中六硼化鈣CaB6作為一種低密度高硬度的陶瓷材料有著極大的發(fā)展?jié)摿?。同時CaB6又是一種窄帶隙半導(dǎo)體，有望作為一種新型的自旋電子器件得到應(yīng)用。目前，對金屬六硼化物的合成、制備以及性能分析已經(jīng)有了很多研究。本文基于第一性原理密度泛函理論計算方法，采用CASTEP軟件包，從理論上計算了幾種堿土金屬六硼化物和六硼化鑭的電子結(jié)構(gòu)以及力學(xué)、光學(xué)等

2、物理性能，并對空位和摻雜缺陷對CaB6材料性能影響的微觀機理展開研究。
　　本文首先計算了四種理想結(jié)構(gòu)堿土金屬六硼化物和六硼化鑭的晶格參數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)、成鍵軌道、態(tài)密度以及力學(xué)性質(zhì)、穩(wěn)定性等信息。其中，CsCl結(jié)構(gòu)的MgB6不穩(wěn)定。計算發(fā)現(xiàn) M(Ca, Sr, Ba, La)B6的費米能級附近的能帶具有相似性，前三種都是導(dǎo)帶底與價帶頂均位于布里淵區(qū) X點位置的直接帶隙半導(dǎo)體材料，計算 CaB6帶隙為0.715eV，SrB6和BaB6

3、依次減小，LaB6表現(xiàn)出金屬性質(zhì)。MB6光學(xué)性質(zhì)與能帶結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，結(jié)合復(fù)介電函數(shù)、吸收譜等對能帶躍遷性質(zhì)進行了分析。
　　在空位缺陷對CaB6結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響的計算中發(fā)現(xiàn)，Ca空位和B空位都會造成體系形成能的急劇上升，對穩(wěn)定性有較大影響。其中CaB6的Ca空位形成能約為B空位形成能的三倍，說明制備CaB6過程中B空位缺陷較為容易產(chǎn)生。
　　對M(Ca, Sr, Ba, La)B6和CaB6摻雜——M(Mg, Sr, Ba, L

4、a)xCa1?xB6——體系力學(xué)性質(zhì)的計算發(fā)現(xiàn)，隨著摻雜含量的改變，部分相關(guān)力學(xué)參數(shù)會呈線性變化。結(jié)合態(tài)密度圖與電子軌道分析，認(rèn)為造成這一變化的主要原因在于M位金屬原子(Ca, Sr, Ba, La)獲得的d-軌道電子。其中Ca、Sr、Ba的原子d-軌道無電子，經(jīng)軌道雜化后d-軌道獲得的電子使 MB6中的B–B(II)鍵加強，鍵的扭轉(zhuǎn)強度增加，表現(xiàn)在宏觀性質(zhì)為剪切模量上升。La原子價電子軌道為5d16s2，形成六硼化物后5d-軌道新獲得