含杂环有机缓蚀剂缓蚀机理及新型半导体材料物性的理论研究

发布时间：2017-09-14 06:20

  本文关键词：含杂环有机缓蚀剂缓蚀机理及新型半导体材料物性的理论研究

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【摘要】：在化学工程与技术领域中,为了延长设备的使用寿命,常研究避免其遭受侵蚀的方法,金属材料表面形成半导体型薄膜后既能保持材料的金属特性又能防治金属材料腐蚀,因此研究半导体材料的几何结构特点、电子结构及光学等性能可为在金属表面防腐蚀提供理论依据;此外,采用缓蚀剂也是化学工业中简便且效果明显的防腐蚀技术,因此在诸如石油化工、盐化工等应用领域,缓蚀剂的研究也成为专门的研究方向。基于以上背景,本研究包括两部分。第一部分研究几种杂环有机缓蚀剂分子对铜、钢金属缓蚀机理;第二部分为若干新型半导体体相材料的物性计算。在第一部分的研究中,主要包括以下几个方面:①通过密度泛函理论(DFT)方法对三种含肟醚基三氮唑化合物4-氯苯乙酮-O-1'-(1'.3'.4'-三氮唑)亚甲基肟(CATM)、4-氟基苯乙酮-O-1'-(1'.3'.4'-三氮唑)亚甲基肟(FATM)和3,4-二氯苯乙酮-O-1'-(1'.3'.4'-三氮唑)亚甲基肟(DATM)的分子反应活性进行了理论预测,得到了一系列量化活性参数,包括最高占据分子轨道能量、最低空分子轨道能量、能隙差、偶极矩、电子转移数目等,并对部分参数与其缓蚀效率之间的构效关系进行了拟合计算分析。最后采用蒙特卡洛模拟方法给出了三种分子在铁金属表面吸附的平衡构型。②采用电化学阻抗谱、线性极化电阻及动电位极化曲线方法,对2-氨基噻唑在0.5 M H2SO4及1.0 M HCl腐蚀介质中对碳钢的缓蚀性能进行了测试,并通过DFT、分子中的原子的量子理论(QTAIM)、分子动力学模拟(MD)等方法对2-氨基噻唑分子与铁原子的相互对接方式进行了剖析。③采用不同泛函及类导体屏蔽模型(COSMO)溶剂效应方法对噻吩、吡咯和呋喃分子在Fe(110)表面的吸附行为进行了理论计算,合理解释了如下经验性规律:含有O,N,S的有机缓蚀剂缓蚀效率对比中,在其它官能团相似的情况下,含三种不同原子的缓蚀效果顺序为SNO。④采用MD和DFT相结合的研究方法对3-氨基-1,2,4-三氮唑(ATA)、3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑(DAT)和4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(AHMT)在硝酸介质中对铜的缓蚀性能进行了理论探究,着重评估了不包含和包含色散能量修正的DFT理论对缓蚀剂吸附构型的影响,最后模拟了腐蚀介质粒子H3O+在缓蚀剂膜层中的扩散行为,并提出了合理的吸附与缓蚀机制。第二部分主要通过第一性原理计算方法,研究了Cd X(X=S/Se/Te)、Cd Rh2O4、β-Ag MO2(M=Al/Ga)半导体材料的几何结构特点及其电子结构、弹性及光学等性能。着重进行了能带结构、态密度、差分电荷密度等分析,并给出了内聚能、带隙、德拜温度、各向异性系数、折射率、介电常数等常规性参数,所得结果与实验值及其它理论计算值进行了对比分析。
【关键词】：缓蚀剂 密度泛函理论 分子动力学模拟 半导体材料 物性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.42
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-17
• 1.1.1 缓蚀剂10-15
• 1.1.2 半导体材料的物性15-17
• 1.2 选题意义和研究内容17-18
• 1.3 本文需要解决的关键问题18
• 1.4 论文的内容安排18-20
• 2 理论基础介绍20-38
• 2.1 量子力学方法21-30
• 2.1.1 Born-Oppenheimer近似22
• 2.1.2 Hartree-Fock近似22
• 2.1.3 密度泛函理论 (DFT)22-24
• 2.1.4 色散力在DFT中的描述24-25
• 2.1.5 基组的选择25-26
• 2.1.6 赝势平面波方法26-27
• 2.1.7 基于DFT的反应活性指数27-29
• 2.1.8 溶剂化模型29-30
• 2.2 分子力学方法30-32
• 2.2.1 势能函数形式30-31
• 2.2.2 常见力场类型31-32
• 2.3 分子动力学模拟32-33
• 2.3.1 基本原理32
• 2.3.2 统计系综32-33
• 2.4 计算软件简介33-38
• 2.4.1 Gaussian软件33
• 2.4.2 Material Studio软件33-38
• 3 几种有机缓蚀剂对碳钢的缓蚀机理38-70
• 3.1 含肟醚基三氮唑化合物38-53
• 3.1.1 背景介绍38-39
• 3.1.2 计算模型与方法39
• 3.1.3 结果与讨论39-53
• 3.2 二氨基噻唑53-64
• 3.2.1 实验材料及电化学测试53-54
• 3.2.2 实验结果54-59
• 3.2.3 理论分析59-64
• 3.3 噻吩、吡咯和呋喃64-69
• 3.3.1 引言64-65
• 3.3.2 计算细节65
• 3.3.3 结果与讨论65-69
• 3.4 本章小结69-70
• 4 三种唑类缓蚀剂对黄铜的缓蚀作用70-86
• 4.1 研究背景70
• 4.2 计算模型与方法70-72
• 4.3 结果与讨论72-83
• 4.3.1 分子活性分析72-75
• 4.3.2 铜表面的选择75-76
• 4.3.3 三种分子在铜表面的吸附76-80
• 4.3.4 腐蚀粒子在缓蚀剂膜层中的扩散80-82
• 4.3.5 吸附与缓蚀机制82-83
• 4.4 本章小结83-86
• 5 若干新型半导体材料物性第一性原理研究86-120
• 5.1 CdX (X = S, Se, Te) 材料86-100
• 5.1.1 引言86
• 5.1.2 计算模型与方法86-87
• 5.1.3 结果与讨论87-100
• 5.2 CdRh2O4 材料100-107
• 5.2.1 引言100
• 5.2.2 理论方法与模型100-101
• 5.2.3 计算结果与讨论101-107
• 5.3 β-AgMO2 (M = Al and Ga) 材料107-118
• 5.3.1 研究背景107-108
• 5.3.2 理论方法与模型108-109
• 5.3.3 计算结果与讨论109-118
• 5.4 本章小结118-120
• 6 总结和展望120-122
• 6.1 主要完成的工作120-121
• 6.2 对未来工作的展望121-122
• 致谢122-124
• 参考文献124-142
• 附录142-144
• A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录142-144
• B. 作者在攻读博士学位期间主持和参加科研项目情况144
• C. 作者在攻读博士学位期间获奖情况144

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 卢天;陈飞武;;分子轨道成分的计算[J];化学学报;2011年20期

2 吴刚;郝宁眉;廉兵杰;陈生辉;孙霜青;胡松青;;吡啶类缓蚀剂及其在Al(111)表面吸附行为的密度泛函理论分析[J];化工学报;2013年07期

3 刘述斌;;概念密度泛函理论及近来的一些进展(英文)[J];物理化学学报;2009年03期

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本文编号：848374