納米顆粒鑲嵌功能薄膜的力、電、光、磁性能模擬研究.pdf

1、關于納米顆粒鑲嵌薄膜材料的制備方法及力、電、光和磁性能的實驗研究已經(jīng)有很多。但是，鑲嵌納米顆粒對功能薄膜材料性能影響機理的認識還不夠充分，這將成為納米薄膜領域需要深入探索的一個難點和重點方向。目前，有關納米顆粒鑲嵌薄膜的計算機模擬主要著重于其光學和電學性能的研究，并取得一定的成果，但其力學和磁學性能方面的研究還比較少，納米顆粒對功能薄膜確切的發(fā)光激勵機制和導電性影響機理仍是一個有待進一步探索的問題，本文結合第一性原理計算方法，利用Mat

2、erials Studio軟件對納米顆粒鑲嵌功能薄膜的光學、電學、力學和磁學等性能進行模擬研究，模擬計算了多種納米顆粒鑲嵌功能薄膜的光、電、力、磁性能參數(shù)，探討了鑲嵌納米顆粒對功能薄膜材料的性能影響機理。本文利用Materials Studio軟件的CASTEP模塊進行如下模擬研究：
　　1.對碳（C）納米顆粒鑲嵌基體碳化硅（β-SiC）的納米顆粒鑲嵌薄膜的力學性能進行模擬研究，得到鑲嵌納米顆粒前后體系的楊氏模量、體積模量、剪切模

3、量、泊松比、拉梅常數(shù)、各向異性因子、硬度等。結果表明：碳納米粒子在一定程度上可以提高β-SiC的力學性能；對 C/β-SiC鑲嵌薄膜的應力應變關系進行分析，得到其 X、Y、Z三方向的應力應變曲線很接近，表明該薄膜體系可以視為各向同性材料。
　　2.以半導體碳化硅（β-SiC）為基體，摻雜入釔（Y）原子，構成單原子替位式摻雜結構的Y/β-SiC納米薄膜，研究其磁學性能。模擬得到Y/β-SiC薄膜體系的磁矩、磁矩分布和上下自旋的態(tài)密度

4、圖和能帶結構圖，結果顯示該薄膜體系產(chǎn)生了鐵磁性，并分析了摻雜Y原子使β-SiC表現(xiàn)出鐵磁性的機理。
　　3.通過對摻雜式Y/β-SiC納米薄膜施加三向壓縮載荷，得到Y/β-SiC納米薄膜的磁矩隨靜水壓縮應力的變化規(guī)律。
　　4.在方石英SiO2中鑲嵌磷（P）納米顆粒，對P/SiO2納米顆粒鑲嵌薄膜的光電性能進行模擬，得到 P/SiO2鑲嵌薄膜的電學性能（能帶結構圖、態(tài)密度圖、電子密度、布居數(shù)、復介電函數(shù)、光電導率）和光學性能

5、（折射率、光吸收譜、反射率、耗散函數(shù)），并分析P納米顆粒對P/SiO2鑲嵌薄膜光電性能的影響機理。結果表明：在SiO2中鑲嵌P納米顆粒，在一定程度上可以提高SiO2的光電性能。
　　5.研究磷（P）納米顆粒含量對P/SiO2納米顆粒鑲嵌薄膜光電性能的影響。建立兩個超胞大小相同的方石英SiO2超胞模型，分別在其中鑲嵌尺寸不同的P3及P5納米晶粒，再建立一個超胞大小不同于以上薄膜超胞的2P3/SiO?模型，模擬計算三種P/SiO2薄膜