基于第一性原理预测二维纳米材料的压电特性

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:R845451732
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着以石墨烯为代表的二维纳米材料的迅猛发展,二维纳米材料在压电领域的基础及应用研究受到越来越多的重视和关注。单层二维纳米材料拥有诸多独特的物理和化学性能,在微纳米机器人、智能穿戴、仿生材料结构等领域具有广泛而巨大的应用潜力。此前,科研人员通过第一性原理理论计算方法已经预测出众多单层二维纳米材料存在卓越的压电特性,并且已有部分二维纳米材料的压电特性得到了实验证实。然而,随着微纳米技术水平的不断提高及其研究的深入,单层二维纳米材料的种类也在不断增加,当前仍有部分单层二维纳米材料的压电特性尚未得到关注和研究。因此,本文着重针对单层二硫化钼及具有类似磷烯晶格结构(Puckered结构)的Sn Te、Si Te、Ge Te等单层二维纳米材料的压电特性,开展第一性原理计算研究,主要研究内容如下。首先简要介绍了压电材料的发展概况、二维材料的兴起、二维压电材料的研究现状,明确了本文的选题依据和研究内容。接着,简要介绍了压电晶体的结构对称性、弹性常数、压电常数及其他性能参数,介绍第一性原理基础理论及计算压电特性的Berry-phase方法和密度泛函微扰理论计算方法。针对单层二硫化钼(SLMoS2)的压电特性,考虑到文献常见多种交换关联泛函用于SLMo S2电特性的计算,结合第一性原理计算方法的截断能和K点网格,研究不同交换关联泛函(LDA、PBE、PW91等)对晶格常数、电特性、弹性常数、压电常数等材料特性第一性原理计算结果的影响。对比计算结果与实验结果发现,LDA泛函计算所得的带隙更接近实验数据,但其弹性常数和压电常数的计算结果与实验值则相差较大;PBE和PW91泛函对SLMo S2晶格常数、杨氏模量和压电系数等材料特性的计算结果差异不明显,与LDA相比更接近于实验结果。针对具有puckered结构的SnTe、SiTe、GeTe等类磷烯二维纳米材料,基于PBE交换关联泛函,首次计算预测出其压电特性。研究结果表明,这些材料为间接带隙半导体,且具有固有的压电特性,其压电性能高于SLMo S2等其他二维纳米材料,其中Sn Te的压电常数为现有文献中数值最大的,具有重要的潜在应用价值。最后针对单层二维纳米材料常见的固有晶格缺陷,首次研究单原子空位缺陷对过渡金属硫化物(TMDCs)压电效应的影响。研究结果显示,晶格尺寸增加对材料弹性特性和压电常数的影响几乎可以忽略,而单原子空位缺陷可减小其晶格常数、能带带隙和杨氏模量,但却能增大其压电常数。本研究成果可为二维纳米材料压电特性的调整提供一种新的策略。
其他文献
在航空、航天、造船、新能源汽车等先进制造领域,大尺寸工件测量是产品质量检测的重点和难点,但传统的人工测量方法存在效率低、精度低等缺点,常用的机器人在线示教测量方法因其测量路径规划过程效率低下,难以满足当前高效测量的需求。基于工业机器人离线编程技术的路径规划方法具有安全,高效,适用范围广等优点。因此,研究基于离线编程的大尺寸工件测量路径规划方法具有一定的理论意义,对于制造企业实现高效、精确、安全检测
精密零件的表面十分脆弱,在加工与运输过程中容易损坏,传统的接触式加工与传输方式利用表面摩擦力固定物体后再进行传输,已经不能满足要求。近场超声悬浮(Near-Field Acoustic Levitation,NFAL)是一种在精密加工制造领域具有广泛应用前景的技术,具有非接触,无污染,无噪声的优点。本文基于近场超声悬浮原理,对非匀质物体的近场超声悬浮与传输特性进行了研究、并基于近场超声悬浮原理设计
铰接罐式车辆(以下简称罐车)作为道路运输的主体,保有量逐年递增。罐车存在较大的驾驶盲区,很难保障行车安全。车辆全景环视系统可以有效消除驾驶盲区,将汽车周围的环境展现给驾驶员辅助其安全驾驶。目前国内全景环视系统的研究开发主要针对乘用车,针对罐车全景环视系统的研究较少。罐车的保有量虽然不及乘用车,但是一旦发生交通事故,危害往往巨大。基于此,本文研究并开发了一套罐车全景环视系统,该系统通过在罐车上安装六
《人生》是当代作家路遥的成名小说,也是其主要的代表作之一。在这部中篇小说中寄托的是作者在特殊时期里的理想和期待。路遥希望中华民族的传统美德不论在什么情况下,都应当传承。因为这种民族精神是中华民族的灵魂核心,应当永远保存在人类的历史中。但是如果有人将这种民族精神打破、抛弃时,是必然会受到强烈批判的。文章通过对路遥《人生》的分析,阐述作品中批判意识。
近年来,锑污染逐渐恶化,造成严重的环境问题,威胁人类健康,亟待治理。除锑技术主要包括吸附、凝结/絮凝、电化学、离子交换等,其中吸附法成本低、处理效率高,已被广泛研究及应用。铁氧化物作为吸附剂具有易于生产,无毒、生态友好,对Sb(Ⅲ)/Sb(Ⅴ)亲和力强等优点。纳米级零价铁(nZVI)通过其腐蚀可产生新鲜的羟基氧化铁,具有磁性易被分离,是一种有前途的铁基吸附材料。但由于其易团聚,在环境介质中不稳定,
在经典流水车间调度研究中仅考虑机器资源,工人资源的影响很少被考虑,且机器资源被假定为一直处于可使用的状态,实际上由于机器寿命、故障以及保养等原因,机器并不能一直正常运转。然而,无论是机器资源还是工人资源,作为生产过程中的两个重要因素,均直接影响企业生产效率。因此,本文从工人资源和机器维护两个方面研究人机资源约束对流水车间调度的影响,旨在构建更符合实际生产的流水车间调度模型及求解算法。主要研究内容包
我国发展已由高速发展转向质量为导向的阶段,为践行新发展理念,满足生态文明发展,作为可持续发展的重要模式,节能减排越来越受到社会的重视。在节能行业发展到今天,节能技术发展日益成熟,但投入的边际效益也在持续下降,节能大范围推广普及的阻碍因素也日益明显,主要存在着缺少资金投入,运作风险大、市场化程度不高、总体规模较小、缺乏激励机制等问题。为不断推动节能减排行业的发展,顺应我国生态文明建设的要求和目标,需
客观图像质量评估是在人类视觉系统(HVS)的基础上,运用数学和计算理论对输出图像的好坏使用计算机或者电子设备进行评估。怎么能够结合人类眼睛视觉功能的感知特性,从图像提取独特的图像特征来评估失真图像的质量好坏,是图像处理领域的一个经典内容。论文根据人眼对图像结构和纹理更为敏感的视觉特性的,提出一种新的基于奇异值加权重建和透射图相结合的全参考图像质量评估方法。具体创新如下:与普通的客观图像质量评估算法
随着我国“一带一路”倡议的提出及经济全球化的深入发展,跨语言交流在国家外交与民间经济交流方面的作用日益凸显。文本数据是信息获取的主要方式,也是大数据时代下组织进行管理决策的主要数据来源之一。相对于图像、视频等其它非结构化数据而言,文本具有更为显著的语言差异。为了快速获取瞬息万变的国际信息,支持我国各类组织的国际化战略决策,多语言文本数据的自动分析研究变得越来越重要。为了实现多语言文本的自动分析,本
我国迅速发展的经济,使得人民群众的物质财富也得到极大丰富的同时,也使得能源消耗的迅速飙升。而在所有能耗中,建筑能耗占1/4左右。而中国建筑业中居住建筑的占比最大,同时也是耗能最大的一类建筑。因此降低居住建筑中的能耗,可以很大程度上的降低整个社会的能耗,起到保护环境和可持续发展的作用。文章以衡阳地区的居住建筑作为研究对象,首先,对衡阳地区的地理环境与自然气候进行分析,在广泛的调研和资料收集的基础上,