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《哈爾濱師范大學(xué)》 2016年

三元層狀鉭鋁碳陶瓷電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究

呂玲秀  

【摘要】：三元層狀鉭鋁碳陶瓷主要包括Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3三種形式,兼具金屬和陶瓷的優(yōu)異性能,是潛在的優(yōu)質(zhì)陶瓷材料。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算軟件Materials studio5.5的CASTEP軟件包計算了三元層狀Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3陶瓷的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì),并從電子結(jié)構(gòu)角度分析了光學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。計算Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3陶瓷的電子結(jié)構(gòu)中的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度,根據(jù)計算得到的能帶結(jié)構(gòu)可知三元陶瓷Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3都具有金屬導(dǎo)電性;分別研究了Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3的總態(tài)密度和分態(tài)密度,說明了各個原子中的電子對其總態(tài)密度都有一定的貢獻(xiàn)。分別計算了Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3的光學(xué)性質(zhì),并結(jié)合電子結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行分析。計算結(jié)果表明,介電峰主要來自于帶間的電子躍遷,與計算出的態(tài)密度對應(yīng),Ta2AlC形成峰的主要原因是Ta d和C p軌道間電子的躍遷造成的;Ta3AlC2和Ta4AlC3形成峰的主要原因是Ta d和Al p軌道間電子的躍遷造成的;三元陶瓷Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3的吸收系數(shù)都在紫外區(qū)達(dá)到最大值,類似于金屬,吸收光譜系數(shù)達(dá)到了105的數(shù)量級,因此可以吸收從電磁波到紫外區(qū)的光子,即不會存在光學(xué)帶隙,產(chǎn)生的這一結(jié)果的根本原因是陶瓷中的金屬鍵合。Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3在可見光區(qū)(1.0-4.0 eV),光子頻率對反射率影響很小,說明它們都具有類似過渡金屬的金屬灰色。在可見光區(qū)的變化幅度小也說明它們一種潛在的溫度控制涂層材料;在紫外區(qū)呈現(xiàn)較大的反射率,可以推斷出它們是一種潛在的防紫外線涂層材料,所以三元層狀鉭鋁碳陶瓷可以應(yīng)用在航空航天和國防等科技領(lǐng)域;Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3的導(dǎo)電率和折射率都隨能量的變化先增大后減小,結(jié)合分態(tài)密度,它們的損失函數(shù)峰峰值都是由于Ta d和Al p軌道間發(fā)生了電子躍遷導(dǎo)致的。本文通過對電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的研究,說明Ta2AlC,Ta3AlC2及Ta4AlC3都是一種潛在的涂層材料,為三元層狀鉭鋁碳陶瓷的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),同時對它們其他性質(zhì)的研究也會有一定的貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

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本文編號：213435