Sn摻雜BaTiO3壓電特性的第一性原理研究.pdf

1、壓電陶瓷是一類重要的功能材料，隨著環(huán)境協(xié)調性發(fā)展的需要，開發(fā)新型無鉛壓電鐵電陶瓷，成為一項緊迫且具有重大實用意義的課題。無鉛壓電陶瓷的主要性能與鉛基壓電陶瓷相比還存在較大的差距，因此要獲得與PZT基壓電陶瓷性能相近的無鉛體系，還需要進行大量深層次的研究工作。
　　本文使用開源軟件ABINIT，采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理贗勢平面波方法，同時考慮廣義梯度近似和局域密度近似，首先對純四方相BaTiO3進行了系統(tǒng)的計算分析

2、，包括能帶結構、態(tài)密度以及彈性系數(shù)和壓電系數(shù);然后建立超晶胞模型對Sn摻雜四方相的BaTiO3的壓電特性進行了系統(tǒng)的計算分析，從電子結構角度分析了其能帶結構和態(tài)密度，并且得到了彈性系數(shù)和壓電特性。
　　對純四方相BaTiO3的計算研究表明，選擇不同的贗勢對BaTiO3進行結構優(yōu)化得到的晶格參數(shù)具有明顯差別:當使用LDA-TM贗勢時，晶格參數(shù)相對實驗值偏大;而當使用LDA-FHI贗勢時，晶格參數(shù)相對偏小。但是，其所屬空間群結構保持不

3、變。贗勢的選取對計算四方相BaTiO3的壓電系數(shù)的影響非常關鍵，當采用混合贗勢—LDA-TM(Ba、O)和LDA-FHI(Ti)時，BaTiO3表現(xiàn)出了與實驗結果相符合的壓電性能。然而當選取其它贗勢時，計算得出的結果與實驗數(shù)據(jù)相差較大。
　　對Sn摻雜四方相BaTiO3的體系的計算研究表明，Sn更傾向于以Sn4+取代Ti4+占據(jù)B位且使其晶胞增長;摻入Sn導致體系的晶軸比c/a減小，從而使其極化更加容易，導致壓電性能增強。Sn原子