金属氧化物及类石墨烯材料负热膨胀性质的第一性原理研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:along365
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
大部分物质都表现出热胀冷缩的性质,但是一些材料却被发现有负热膨胀现象。热收缩这种自然属性经常出现在固体中,不过在日常生活中,人们最熟悉的例子或许是0到4℃的液态水。几十年来,负热膨胀材料已经被人们用实验和理论的方法广泛的研究过。最近几年,也就是立方ZrW2O8中的强烈热收缩效应被发现之后,负热膨胀的研究兴趣又被重新唤起。负热膨胀研究对基础科学会有巨大的贡献,而且,由于负热膨胀材料的特殊热膨胀性质,它们在电子和航空工业等领域有巨大的潜在应用价值。有趣地,从1897年Invar被发现开始,负热膨胀现象已经被用来发展低膨胀材料。例如,Coring公司在“玻璃陶瓷”加工中使用Li-Al-Si陶瓷,这种做法曾被形容为“五十年中材料加工的最大突破之一”,每年这些陶瓷被用来生产数以百万计的砂锅、平底锅和炉盖。要实现这些应用,很好的认识负热膨胀材料的热力学性质是至关重要的。但是,目前对许多负热膨胀材料的热膨胀性质的研究仍很有限,还有很多工作可以做。例如,需要对很多种材料加深理解,包括框架结构材料、薄膜材料和微观结构材料等。这里,第一性原理计算被用来研究金属氧化物和类石墨烯材料(单层过渡族金属二硫属化物半导体)的热膨胀性质。本文主要包括两个部分,它的主要内容和结果如下:  第一部分研究了框架结构材料(赤铜矿结构的Cu2O和Ag2O,以及钙钛矿结构的ReO3)和四面体配位晶体(纤锌矿和闪锌矿结构的ZnO)的热学性质,特别是它们的负热膨胀现象。对于框架结构材料,负热膨胀在较宽的温度范围内都被观察到。它们的负热膨胀可以认为是由于低频刚性单元模(RUM)造成网状结构折叠引起的。对于纤锌矿和闪锌矿结构的氧化锌,负热膨胀分别存在于T<95K和T<84K的温度区间。对于纤锌矿结构,实验上测得的热膨胀系数被理论计算很好的重复出来。通过模式格林艾森参数的详细研究,发现两种结构负热膨胀的最大贡献来自横向声学模。但是,纵向声学模和低能光学模对纤锌矿结构的贡献是不能忽略的。我们首次分析了它们许多有大的负格林艾森参数的低能振动模式的本征矢,表明ZnO的负热膨胀由张力效应来决定。  第二部分研究了单层过渡族金属二硫属化物半导体的晶格参数的温度依赖性,并探讨了面内刚度和电荷转移对它们热膨胀的影响。研究发现,不同于相应的块体材料,单层MX2(M=Mo和W;X=S、Se、和Te)在低温度区间表现出弯曲模式引起的负热膨胀行为。热收缩会在稍高温度下转变为正热膨胀。有趣地,它们的正热膨胀随着M或者X原子的更替有规律的变化。详细的分析表明它们的正热膨胀系数主要是由面内刚度决定的,这种决定关系可以用一个简单的方程清楚的描述。本质上讲,这种规律性的变化是由于不同元素中有不同的电荷转移引起的。这些关于理解热膨胀的结论对于其它二维系统也是适用的。
其他文献
本文从国内外研究进展入手,从诊断原理出发详细介绍了EAST托卡马克装置上的相关反射仪的设计思路以及系统搭建测试工作,并且对微波反射仪相关的数据处理方法进行了介绍。详细介
等离子体是由非束缚态带电粒子组成的多粒子体系。在等离子体的研究中,低温等离子体是研究其在工业应用方面的前景价值,目前已经有一些关于等离子体的技术被开发出来。高温等离
郭全中博士在2011年推出《传媒业大变局》一书的基础上,继续研究传媒业在传媒业大变局的时代背景下如何科学地进行转型,系统地分析了传媒业的现状、环境变化、技术变迁、商业
学位
根据企业结构,动力监控系统装置的构造式样是支线布置多层次的。最适用的层次分为3个层次系统,其中有多点干线的、辐射的和树枝式环状结构的,如图1。国外许多煤矿对控制井下
在量子信息处理与量子计算领域中,量子纠缠被认为是重要的资源,在诸多量子任务中——如量子密钥分配、量子密集编码、量子秘密共享、量子安全直接通信、大数因子分解量子算法、
稀磁半导体材料所产生的室温铁磁性作为近年来研究的一种新的磁现象。它突破了传统半导体材料只利用电子电荷自由度来运输和处理信息的瓶颈,实现了半导体可以同时利用电子电荷
随着我国对外开放程度的不断扩大,在文化方面受到外来多元文化的影响,小学的德育管理工作也面临着新的挑战.学校的德育管理工作,需要一个健全的德育工作管理体系,并用科学发
每一次公共危机发生时,都会引发公众和社会的极大关注。做好危机管理沟通机制的实践以及运用好媒体,将为危机的最终妥善处理和解决营造提供关键助力。本文结合最近发生在司法
2010年8月份,全国煤炭产运需继续保持增长,增幅与前8个月累计相比有所回落;价格稳中有降,呈持续回落态势;进口保持高位,出口有所回升;库存保 August 2010, the national coa