立方型钙钛矿化合物物性与成份关系的第一性原理研究

发布时间：2020-06-14 14:37

【摘要】：本文构造出200种立方型钙钛矿卤化物和30种立方型钙钛矿氧化物,然后预测这230种化合物的各项性质随着原子序数的规律变化,并运用第一性原理软件CRYSTAL09计算出它们的晶格常数、弹性常数、体系能量以及禁带宽度,验证它们的变化规律,并为后期的实验合成提供了理论基础。本论文的主要研究内容与结论如下:首先通过选用各种元素的基矢以及确定优化参数,得到了IAIIA(VIIA)_3(IA=Li,Na,K,Rb,Cs;IIA=Be,Mg,Ca,Sr,Ba;VIIA=F,Cl,Br,I)系列的200种立方型钙钛矿化合物的晶格常数、禁带宽度、体系能量和弹性性质。(1)从结构上看,当立方晶格中心的碱土金属离子半径过大,晶格就会失去平衡的结构。此时,立方体体心的B离子与立方体顶点的A离子发生交换,交换后的结构被称为“反式”结构。这里我们对比正式结构晶体的体系能量与反式结构晶体的体系能量,通过能量越低越稳定的原则,从正式结构和反式结构中选择稳定的结构。(2)从力学性质看,KBX_3、RbBX_3、CsBX_3(B=Be,Mg,Ca,Sr,Ba;X=F,Cl,Br,I)系列化合物的体弹性模量均随着立方晶体中心离子的半径增大而减小,此系列的化合物均没有格位交换的情况,属“正式”结构晶体。LiBX_3、NaBX_3(B=Be,Mg,Ca,Sr,Ba,X=F,Cl,Br,I)系列化合物的体弹性模量随着B的原子序数增加呈现减小趋势。但是,我们发现变化趋势中会出现体弹性模量增大的反常数据点,这是由化合物的晶体结构从正式结构变为反式结构所导致。(3)从电子性质上看,ABF_3、ABCl_3、ABBr_3和ABI_3系列的化合物的禁带宽度都是随着A、B阳离子的原子序数增大而减小。然后则是对IIAIVBO_3(IIA=Be,Mg,Ca,Sr,Ba;IVB=Ti,Zr,Hf)系列的30种立方型钙钛矿氧化物进行计算,通过分析得出其晶格常数、禁带宽度和弹性性质的变化规律与金属阳离子的原子序数之间的依赖关系,而此变化规律与上述卤化物相吻合。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB30
【图文】：

具体方法如图 3.1 所示。首先，在无机材料数据库(ICSD)中搜寻 ABX3型立方钙钛矿的结构文件，读取其晶格常数及分数坐标，并结合一些理论经验估算出未被搜寻到的化合物的晶格常数；然后以此结构构建第一性原理软件 CRYSTAL09 的输入文件，并在充分优化和选择相应元素基矢的基础之上，实现基质材料的结构、力学、热力学和电子性质的探索；我们最终期望所取得理论成果可以与现有文献提供的实验数据相比较，并对一些未发现或未探索的立方钙钛矿化合物物性与成份关系予以预言和建立起ABX3型立方钙钛矿化合物的物性数据库。

重庆邮电大学硕士学位论文 第三章 钙钛矿卤化物的计算参数优化及结果研究根据表 3.1、表 3.2 展示的各项理论计算得出的数据，利用 Origin 软件绘制出它们的变化趋势曲线。首先展示 100 种“正式”结构化合物的晶格常数变化规律，如下：

【参考文献】

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本文编号：2712926