稀土钙氧硼酸盐晶体介电性质的理论研究

发布时间：2023-02-26 17:22

　　稀土钙氧硼酸盐ReCa4O(BO3)3(ReCOB,Re为稀土元素)系列晶体是一类新型的压电晶体材料,具有优异的电学、光学、热力学等性能,在高温压电传感领域内具有广阔的应用前景。介电性质是ReCOB系列晶体重要的电学性质之一,它反映了介质对静电能的储存和损耗。通过组分调控等方式调节ReCOB晶体的介电性质,能够调控其电弹性能,并用于优化传感器设计的最佳晶体切型,因此研究该类晶体的介电性质对于促进其在高温压电传感器件上应用具有重要意义。据实验报道,通过改变Re稀土阳离子的种类能够调控ReCOB晶体的介电性质,随着Re3+稀土离子半径增大,相对介电常数分量ε22T/ε0呈线性增大趋势,这可能与稀土离子诱导产生的晶格畸变和晶体中阳离子的无序分布有关。然而,相对介电分量ε22T/ε0和稀土阳离子半径之间并非完美的线性增大关系,而是在LaCOB晶体出现了异常降低,这种拐点表明稀土阳离子半径并非决定ReCOB晶体介电性质的唯一因素,未知的调控因素为ReCOB系列晶体介电性能的优化带来了困难。从微观上讲,晶体的介电常数与极化强度和自由电荷的移动有关,Re3+稀土离子的半径增大会导致Re06八面体产生...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 ReCOB晶体结构和缺陷结构
    1.3 ReCOB晶体的介电性质
    1.4 本课题的选题思路及主要研究内容
    参考文献
第二章 理论研究方法
    2.1 简介
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 广义梯度近似
        2.2.4 杂化密度泛函
        2.2.5 DFT+U
        2.2.6 自洽场计算
    2.3 密度泛函微扰理论
        2.3.1 从Hessen矩阵到DFPT
        2.3.2 原子位移扰动与电场扰动
        2.3.3 波恩有效电荷
        2.3.4 低频介电张量
    2.4 VASP软件介绍
    2.5 本章小结
    参考文献
第三章 ReCOB (Re=Pr, La)晶体结构及电子结构研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法和模型
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 晶体结构
        3.3.2 电子结构
    3.4 本章结论
    参考文献
第四章 ReCOB (Re=Y, Pr, La)晶体介电性质研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法与模型
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 频率依赖介电函数
        4.3.2 静态介电常数
    4.4 本章结论
    参考文献
第五章 ReCOB (Re=Y,Pr,La)晶体本征缺陷研究
    5.1 引言
    5.2 计算方法与模型
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 本征缺陷结构及稳定性
        5.3.2 中性反位缺陷对晶体介电性质的影响
        5.3.3 带电反位缺陷对晶体介电性质的影响
    5.4 本章结论
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本论文的主要结论
    6.2 本论文的创新点
    6.3 展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3750586