【摘要】：隨著激光武器和激光雷達(dá)在軍事領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用,對(duì)各類航空航天飛行器及裝甲車輛造成了嚴(yán)重的威脅。針對(duì)激光武器和激光雷達(dá)的雙重威脅,本文致力于研究具有“相變開關(guān)”特點(diǎn)的高反射型激光防護(hù)材料。采用第一性原理和實(shí)驗(yàn)方法,系統(tǒng)地研究了稀土鉭酸鹽材料的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性,設(shè)計(jì)出具有“相變開關(guān)”特點(diǎn)的激光防護(hù)材料,并采用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行綜合熱物理性能評(píng)估。第一性原理計(jì)算結(jié)果表明,在鑭系收縮的作用下,RETaO4(RE=Sc,Y,La,Sm,Eu,Dy,Er)和Ba2RETaO6(RE=Y,La,Pr,Sm,Gd)的晶格常數(shù)和RE-O鍵長(zhǎng)隨著原子序數(shù)的增加而減小,而Ta-O鍵長(zhǎng)呈現(xiàn)隨之增大趨勢(shì)。在電子自旋軌道極化和晶體勢(shì)場(chǎng)作用下RE4f電子態(tài)呈現(xiàn)出高度的局域性并分布在禁帶,且隨著原子序數(shù)增加,呈現(xiàn)出從高能量向低能量方向移動(dòng)的趨勢(shì)。RE4f電子態(tài)在禁帶的分布會(huì)有效提高電子在能帶間的躍遷幾率,促進(jìn)反射率的提升。當(dāng)4f電子態(tài)位于費(fèi)米面處時(shí)促進(jìn)作用最大:SmTaO4、EuTaO4和Ba2SmTaO6高溫相在1.06μm處反射率可達(dá)71.97%、93.47%和68.91%。晶體結(jié)構(gòu)變化對(duì)Ba2SmTaO6的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響十分明顯,從低溫相到高溫相,費(fèi)米面從4f電子態(tài)谷底移動(dòng)至峰頂,費(fèi)米面處電子態(tài)的提升導(dǎo)致對(duì)光學(xué)性能的促進(jìn)作用產(chǎn)生階躍式的提升:1.06μm和10.6μm處反射率從低溫相的11.51%和12.82%提升至高溫相的68.91%和78.24%,相變前后反射率差別達(dá)60%左右,具有明顯的“相變開關(guān)”材料的特點(diǎn)。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)獲得的Ba2SmTaO6摻雜條件下Ba2-xSrxSm TaO6的晶體結(jié)構(gòu)性質(zhì)和1.06μm處反射率符合良好。Ba2-xSrxSmTaO6在小摻雜條件下O2p-Ta5d帶隙顯著降低,提高了電子躍遷幾率,1.06μm和10.6μm處的反射率最高可達(dá)83.32%和98.31%,相比于未摻雜的Ba2SmTaO6反射率提升20%以上,且相變前后的反射率差別可達(dá)67%和80%,有效地提高了“相變開關(guān)”特點(diǎn)。通過分子動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)Ba1.5Sr0.5SmTaO6和Ba0.5Sr1.5SmTaO6熱導(dǎo)率分別為6.068 Wm-1K-1和6.432 Wm-1K-1,熱膨脹系數(shù)分別為7.03×10-6 K-1和7.11×10-6 K-1,具有較好的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù),有利于激光防護(hù)涂層的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34

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本文編號(hào)：2543024