cu掺杂nio属性的第一性原理研究(附件)【字数：6620】
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了Cu掺杂NiO的态密度和能带结构，分析了掺杂对NiO结构和能带的影响。结果表明掺杂后晶格发生相应畸变；Cu掺杂引入了杂质能级，禁带宽度发生变化，态密度的峰值明显变大，而随着掺杂Cu的浓度的增加，峰值减小。关键词密度泛函理论，Cu掺杂NiO，态密度，能带结构
目录
绪论........................................................................（1）
1.1 NiO材料及其属性.....................................................................（1）
1.2 NiO纳米材料的掺杂及其应用状况.........................................（2）
计算机模拟方法....................................................（5）
2.1 第一性原理方法发展状况.........................................................（5）
2.2 Shrodinger方程在第一性原理中的求解近似...........................（5）
2.3 第一性原理方法在NiO相关属性研究中的应用.....................（8）
Cu掺杂NiO属性的第一性原理研究.................（12）
3.1 建立模型......................................................................................（12）
3.2 态密度分析..................................................................................（13）
3.3 能带结构分析............. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
..................................................................（14）
3.4 对比...............................................................................................（16）
第四章 总结与展望.............................................................（18）
第一章 绪论
1.1 NiO材料及其属性
NiO是一种直接带隙的二元宽禁带p型半导体材料，常见的结构为岩盐型结构，是一种具有3d电子结构的透明过渡金属氧化物。由于NiO天然呈现p型导电，本身带有一定磁性，使其具有许多特性，尤其是在气敏、阻变、透明导电、电致变色、介电、光电、紫外探测等领域显示出NiO广阔的应用前景。
1.1.1 NiO材料的电致变色特性
电致变色指的是在外加偏电压作用下，物质材料会发生电子得失，从而改变吸收效率、透射率、散射率及反射率等光学性质，发生颜色变化现象，但这种颜色变化不会随着电场的移去而消失。目前国内外关于NiO材料的电致变色特性的研究主要集中在颜色和对比度、响应时间、循环寿命、变色效率等方面。电致变色材料在后视镜、显示器、军事伪装、智能窗等方面受到越来越多的关注。
1.1.2 NiO材料的阻变特性
随着集成电路存储技术的高速发展，具有高速度和非挥发性的新型存储器显得越来越重要。基于阻态转换的阻变存储器由于存储密度大、功耗低以及与传统工艺兼容性好等优点在变阻材料中占重要作用。其中，NiO薄膜由于电阻率高、阻值窗口大、开关可重复性好等优点而成为变阻材料中的研究热点。
1.1.3 气敏材料
随着人类生活水平的不断提高，对于气体检测，特别是化工生产、油漆、建筑材料等有毒气体的检测变得更加迫切。半导体金属氧化物气敏材料是以灵敏度高、成本低、操作和维护简单以及快速响应和恢复等优点而被广泛应用。NiO材料具有非常高的表面活性，对环境中的有毒气体十分敏感。采用NiO材料制成的气体传感器性能优良、灵敏度高、、无污染、稳定、功耗低、维护和操作简单及成本低等优点。除环境监测之外，NiO材料在探测大气成分、纳米级粉体、预警领域及检测汽车尾气等都发挥着重要作用。
1.1.4 介电材料
如今，介电陶瓷材料是一种十分重要的功能材料。微电子技术产业已经向智能化、微型化发展，介电陶瓷材料早已存在于我们生活当中的各个领域。除此之外，NiO材料在致密化成型及烧结技术、超晶格材料、机敏材料等成为现阶段介电材料的热点。
1.2 NiO纳米材料的掺杂及其应用状况
半导体薄膜掺杂可以实现以下功能：（1）可以改变材料的电阻率，得到载流子以及导电类型，获得P型或N型半导体（2）改变材料磁方面性质，在薄膜中掺入带磁性的元素，得到磁稀半导体材料。（3）改变半导体材料的带隙，得到宽禁带半导体，适用于制作高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件。
1.2.1 Ce掺杂纳米NiO超声降解甲基橙
工业废水和有机染料具有水质变化大、碱性大以及有机污染物含量高等特点，难以生物降解，其再生性较差，加上染料结构稳定性增强，给脱色处理带来了很大的难度。近年来在高级氧化法中，国内外研究的热点是采用光敏化半导体材料的办法来催化降解印染废水。NiO作为重要的p型半导体材料，广泛应用于催化剂。而具有良好的储氧能力，能改善催化剂表面状态和性能，常被作为助剂或载体应用于多相催化剂中[1]。通过实验证明，Ce掺杂纳米NiO催化性能优于纳米NiO。
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绪论........................................................................（1）
1.1 NiO材料及其属性.....................................................................（1）
1.2 NiO纳米材料的掺杂及其应用状况.........................................（2）
计算机模拟方法....................................................（5）
2.1 第一性原理方法发展状况.........................................................（5）
2.2 Shrodinger方程在第一性原理中的求解近似...........................（5）
2.3 第一性原理方法在NiO相关属性研究中的应用.....................（8）
Cu掺杂NiO属性的第一性原理研究.................（12）
3.1 建立模型......................................................................................（12）
3.2 态密度分析..................................................................................（13）
3.3 能带结构分析............. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
..................................................................（14）
3.4 对比...............................................................................................（16）
第四章 总结与展望.............................................................（18）
第一章 绪论
1.1 NiO材料及其属性
NiO是一种直接带隙的二元宽禁带p型半导体材料，常见的结构为岩盐型结构，是一种具有3d电子结构的透明过渡金属氧化物。由于NiO天然呈现p型导电，本身带有一定磁性，使其具有许多特性，尤其是在气敏、阻变、透明导电、电致变色、介电、光电、紫外探测等领域显示出NiO广阔的应用前景。
1.1.1 NiO材料的电致变色特性
电致变色指的是在外加偏电压作用下，物质材料会发生电子得失，从而改变吸收效率、透射率、散射率及反射率等光学性质，发生颜色变化现象，但这种颜色变化不会随着电场的移去而消失。目前国内外关于NiO材料的电致变色特性的研究主要集中在颜色和对比度、响应时间、循环寿命、变色效率等方面。电致变色材料在后视镜、显示器、军事伪装、智能窗等方面受到越来越多的关注。
1.1.2 NiO材料的阻变特性
随着集成电路存储技术的高速发展，具有高速度和非挥发性的新型存储器显得越来越重要。基于阻态转换的阻变存储器由于存储密度大、功耗低以及与传统工艺兼容性好等优点在变阻材料中占重要作用。其中，NiO薄膜由于电阻率高、阻值窗口大、开关可重复性好等优点而成为变阻材料中的研究热点。
1.1.3 气敏材料
随着人类生活水平的不断提高，对于气体检测，特别是化工生产、油漆、建筑材料等有毒气体的检测变得更加迫切。半导体金属氧化物气敏材料是以灵敏度高、成本低、操作和维护简单以及快速响应和恢复等优点而被广泛应用。NiO材料具有非常高的表面活性，对环境中的有毒气体十分敏感。采用NiO材料制成的气体传感器性能优良、灵敏度高、、无污染、稳定、功耗低、维护和操作简单及成本低等优点。除环境监测之外，NiO材料在探测大气成分、纳米级粉体、预警领域及检测汽车尾气等都发挥着重要作用。
1.1.4 介电材料
如今，介电陶瓷材料是一种十分重要的功能材料。微电子技术产业已经向智能化、微型化发展，介电陶瓷材料早已存在于我们生活当中的各个领域。除此之外，NiO材料在致密化成型及烧结技术、超晶格材料、机敏材料等成为现阶段介电材料的热点。
1.2 NiO纳米材料的掺杂及其应用状况
半导体薄膜掺杂可以实现以下功能：（1）可以改变材料的电阻率，得到载流子以及导电类型，获得P型或N型半导体（2）改变材料磁方面性质，在薄膜中掺入带磁性的元素，得到磁稀半导体材料。（3）改变半导体材料的带隙，得到宽禁带半导体，适用于制作高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件。
1.2.1 Ce掺杂纳米NiO超声降解甲基橙
工业废水和有机染料具有水质变化大、碱性大以及有机污染物含量高等特点，难以生物降解，其再生性较差，加上染料结构稳定性增强，给脱色处理带来了很大的难度。近年来在高级氧化法中，国内外研究的热点是采用光敏化半导体材料的办法来催化降解印染废水。NiO作为重要的p型半导体材料，广泛应用于催化剂。而具有良好的储氧能力，能改善催化剂表面状态和性能，常被作为助剂或载体应用于多相催化剂中[1]。通过实验证明，Ce掺杂纳米NiO催化性能优于纳米NiO。
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