znal掺杂mgo属性的第一性原理研究(附件)【字数：8582】
完美氧化镁（MgO）是一种非磁性宽带隙材料，其禁带宽度达到7.8eV。本篇文章采取了在密度泛函理论基础下的第一性原理方法，采用合适的作用势，系统计算了MgO单胞、MgO(2×2×2)超晶胞、单掺Zn和单掺Al的MgO (2×2×2)超晶胞的能带结构、电子的分波态密度以及总态密度，并对结果用Origin进行了画图分析。结果表明纯MgO本身没有铁磁性，有一定的局域性，且在研究MgO能带结构性质时，超晶胞计算出来的结果要比单胞准确。单掺Zn后的MgO (2×2×2)超晶胞的带隙比未掺时小，因为Zn的掺入减弱了Mg、O的相互作用，使得MgO整个体系中的带隙减小，除此之外体系中同样没有铁磁性。单掺Al的MgO局域性减弱，带隙大小与未掺时相同。关键字掺杂，MgO，第一性原理，能带结构，态密度
目录
第一章 绪论...........................................1
1.1 MgO材料及其属性................................................1
1.2 MgO纳米材料的掺杂及其应用情况..................................2
算机计模拟方法.................................4
2.1 第一性原理方法发展状况.........................................4
2.2 Schrodinger方程在第一性原理近似中的求解........................6
2.3 第一性原理方法在MgO相关属性研究中的应用........................7
Zn、Al掺杂MgO属性的第一性原理研究.............9
3.1 模型建立与计算方法..............................................9
3.2 结果与讨论......................................................9
结论.............................. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
....................16
致谢..................................................17
参考文献..............................................18
第一章 绪论
1.1 MgO材料及其属性
氧化镁（MgO）是立方晶系的一种，它所具有的面心立方晶体结构与NaCl的晶体结构相似，如下图1.1所示。我们都知道，固体时的的MgO是绝缘体，具有宽带隙和熔点高的特点，其禁带宽度达到7.8eV[1],是一种很典型的碱性宽带隙的金属氧化物，跟普通的碱性氧化物相同，MgO能跟铵盐溶液以及酸相溶，还能吸收空气中的CO2和水分。在各大领域中,MgO作为一种重要材料得到广泛应用。由于熔点高，MgO在制造耐火砖、陶瓷等耐火材料中具有广泛应用。MgO还具有非常好的热传导性、绝缘性等，在医学、电子等这些领域中具有广泛用途。在工业应用中，MgO还可以用作吸附剂或催化剂的载体。除此之外，MgO材料还具有较好的高温稳定性、化学特性和光透明性等，如果想要提高MgO的介电常数，我们可以将MgO制作成纳米薄膜材料，从而可以在微电子学、量子器件等领域中发挥重大作用。
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完美MgO晶体具有面心立方晶格的岩盐型结构，其中每个O离子周围有六个Mg离子，同样的，每个Mg离子周围有六个O离子。完美MgO是一种非磁性宽带隙材料，其中所有频带都被占用，在理论结果中，其带隙计算结果为4.5eV[2]，比实验值7.8eV[1]小得多。这种差异源于在计算过程中采用的广义梯度近似，我们可以采用剪刀近似进行校正。完美MgO的态密度如图1.2所示。很明显，完美MgO的总态密度是上下旋转对称的（图1的（a）），因此没有铁磁性。从图中可以看到，价带主要由O的2p态电子组成（图1的（b）），而导带主要由Mg的3s态电子组成（图1的（c））。
图1.2:（a）为完美MgO晶体总的态密度图,（b）为O原子的 2p电子态密度局部图,（c）为Mg原子的 3s电子态密度局部图。正（负）分别表示向上（向下）旋转，0eV为费米能级。
1.2 MgO纳米材料的掺杂及其应用状况
随着生物技术、先进制造技术、能源和国防需要的高速发展，传统的材料已经不能满足它们的需要。在当下高科技迅猛发展的社会，我们只有将传统材料的性能进行改良，才能更好地促进社会经济的发展。研究发现，将物质制成纳米材料后，其电、磁、光等性能发生非常大的变化，因而会产生很多原先物质所没有的新特性。
在21世纪的科技发展中，纳米技术是一个制高点。随着对纳米材料的重视，越来越多的国家都制定了针对纳米技术研发的相关方案。一个国家纳米技术的发展，与本国未来的社会发展、经济发展以及国防安全息息相关。在这个基础上，以美国、法国、日本等为首的50多个国家纷纷将纳米技术的研发列入21世纪的首要发展项目。所以，在未来很长的一段时间内，新材料、新技术等的研发将成为最有吸引力的研究领域。MgO纳米材料的掺杂研究就是目前的研究热门之一。
纳米MgO是一种新型的精细高功能无机材料。除了具有耐腐蚀和耐高温等性质外，由于纳米材料具有量子尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应、小尺寸效应等各种特殊效应[3]，从而使纳米MgO还具有不同于本体的磁学、电学、光学、热学及力学等特殊性能。纳米MgO在表面上存在缺陷，而且化学活性特别高；纳米MgO有很多不同的形态特点，而且不一样的形态一般都拥有不一样的性能。因此，纳米MgO具有很好的研究价值。在材料中，结构和性能是分不开的，什么样的结构就决定了材料具有什么样的性能，反过来，材料的性能也反映了材料的结构特点。通过掺杂，改变材料原有的结构，那么材料中的某些性能就会得到一定地提高。所谓掺杂，也就是将外来元素掺入氧化物的晶格中，这样整个体系就会产生缺陷，使氧化物的性能产生某些新的应用或者得到进一步的增强和改善，甚至会引起氧化物性能的突变。由于MgO本身具有的宽带隙以及在地球下地幔中含量高等优势，因此，在许多领域中，纳米MgO的掺杂都具有比较广泛的应用。通过掺杂，可以使纳米MgO晶格产生多种缺陷，从而产生新的物理化学性质，更好地满足当今社会发展的需要。
目录
第一章 绪论...........................................1
1.1 MgO材料及其属性................................................1
1.2 MgO纳米材料的掺杂及其应用情况..................................2
算机计模拟方法.................................4
2.1 第一性原理方法发展状况.........................................4
2.2 Schrodinger方程在第一性原理近似中的求解........................6
2.3 第一性原理方法在MgO相关属性研究中的应用........................7
Zn、Al掺杂MgO属性的第一性原理研究.............9
3.1 模型建立与计算方法..............................................9
3.2 结果与讨论......................................................9
结论.............................. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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致谢..................................................17
参考文献..............................................18
第一章 绪论
1.1 MgO材料及其属性
氧化镁（MgO）是立方晶系的一种，它所具有的面心立方晶体结构与NaCl的晶体结构相似，如下图1.1所示。我们都知道，固体时的的MgO是绝缘体，具有宽带隙和熔点高的特点，其禁带宽度达到7.8eV[1],是一种很典型的碱性宽带隙的金属氧化物，跟普通的碱性氧化物相同，MgO能跟铵盐溶液以及酸相溶，还能吸收空气中的CO2和水分。在各大领域中,MgO作为一种重要材料得到广泛应用。由于熔点高，MgO在制造耐火砖、陶瓷等耐火材料中具有广泛应用。MgO还具有非常好的热传导性、绝缘性等，在医学、电子等这些领域中具有广泛用途。在工业应用中，MgO还可以用作吸附剂或催化剂的载体。除此之外，MgO材料还具有较好的高温稳定性、化学特性和光透明性等，如果想要提高MgO的介电常数，我们可以将MgO制作成纳米薄膜材料，从而可以在微电子学、量子器件等领域中发挥重大作用。
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完美MgO晶体具有面心立方晶格的岩盐型结构，其中每个O离子周围有六个Mg离子，同样的，每个Mg离子周围有六个O离子。完美MgO是一种非磁性宽带隙材料，其中所有频带都被占用，在理论结果中，其带隙计算结果为4.5eV[2]，比实验值7.8eV[1]小得多。这种差异源于在计算过程中采用的广义梯度近似，我们可以采用剪刀近似进行校正。完美MgO的态密度如图1.2所示。很明显，完美MgO的总态密度是上下旋转对称的（图1的（a）），因此没有铁磁性。从图中可以看到，价带主要由O的2p态电子组成（图1的（b）），而导带主要由Mg的3s态电子组成（图1的（c））。
图1.2:（a）为完美MgO晶体总的态密度图,（b）为O原子的 2p电子态密度局部图,（c）为Mg原子的 3s电子态密度局部图。正（负）分别表示向上（向下）旋转，0eV为费米能级。
1.2 MgO纳米材料的掺杂及其应用状况
随着生物技术、先进制造技术、能源和国防需要的高速发展，传统的材料已经不能满足它们的需要。在当下高科技迅猛发展的社会，我们只有将传统材料的性能进行改良，才能更好地促进社会经济的发展。研究发现，将物质制成纳米材料后，其电、磁、光等性能发生非常大的变化，因而会产生很多原先物质所没有的新特性。
在21世纪的科技发展中，纳米技术是一个制高点。随着对纳米材料的重视，越来越多的国家都制定了针对纳米技术研发的相关方案。一个国家纳米技术的发展，与本国未来的社会发展、经济发展以及国防安全息息相关。在这个基础上，以美国、法国、日本等为首的50多个国家纷纷将纳米技术的研发列入21世纪的首要发展项目。所以，在未来很长的一段时间内，新材料、新技术等的研发将成为最有吸引力的研究领域。MgO纳米材料的掺杂研究就是目前的研究热门之一。
纳米MgO是一种新型的精细高功能无机材料。除了具有耐腐蚀和耐高温等性质外，由于纳米材料具有量子尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应、小尺寸效应等各种特殊效应[3]，从而使纳米MgO还具有不同于本体的磁学、电学、光学、热学及力学等特殊性能。纳米MgO在表面上存在缺陷，而且化学活性特别高；纳米MgO有很多不同的形态特点，而且不一样的形态一般都拥有不一样的性能。因此，纳米MgO具有很好的研究价值。在材料中，结构和性能是分不开的，什么样的结构就决定了材料具有什么样的性能，反过来，材料的性能也反映了材料的结构特点。通过掺杂，改变材料原有的结构，那么材料中的某些性能就会得到一定地提高。所谓掺杂，也就是将外来元素掺入氧化物的晶格中，这样整个体系就会产生缺陷，使氧化物的性能产生某些新的应用或者得到进一步的增强和改善，甚至会引起氧化物性能的突变。由于MgO本身具有的宽带隙以及在地球下地幔中含量高等优势，因此，在许多领域中，纳米MgO的掺杂都具有比较广泛的应用。通过掺杂，可以使纳米MgO晶格产生多种缺陷，从而产生新的物理化学性质，更好地满足当今社会发展的需要。
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