压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究
Y-Al-O氧化物陶瓷中点缺陷行为的第一性原理研究的开题报告
Y-Al-O氧化物陶瓷中点缺陷行为的第一性原理研究的开题报告研究背景与意义：氧化物陶瓷材料具有良好的力学、热学、电学和光学等性能，在航空航天、电子信息、生命科学和环境治理等领域得到广泛应用。
但是，陶瓷材料中存在的点缺陷对潜在的应用性能和长期可靠性产生重要影响，其中点缺陷类型主要包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
由于研究复杂纳米尺度下点缺陷的本质性质和行为具有重要的理论与实用价值，因此研究陶瓷材料中点缺陷行为已成为当前材料科学中的研究热点。
Y-Al-O氧化物陶瓷作为一种新型的高温材料，在高温下表现出优异的力学性能和耐腐蚀性能，已成为航空、航天和化工等领域的研究热点。
然而，Y-Al-O陶瓷中点缺陷的本质和调控机制尚未被深入研究，限制了其在实际领域中的应用。
因此，对于Y-Al-O陶瓷中点缺陷的本质性质和行为开展深入的理论研究，对于优化其性能和实现其工业化应用具有重要的科学意义和现实意义。
研究内容：本文拟采用第一性原理计算方法，研究Y-Al-O氧化物陶瓷中点缺陷的行为，主要研究内容包括：1、计算和分析Y-Al-O陶瓷中不同点缺陷类型的形成能、电子结构和热力学性质，探索点缺陷的本质和调控机制。
2、详细研究点缺陷对Y-Al-O氧化物陶瓷力学性能和光学性能的影响，解释点缺陷的形成和演化机制。
3、对比分析不同点缺陷在Y-Al-O氧化物陶瓷中的相对稳定性和缺陷扩散特性，探究点缺陷在材料中的输运性和演化动力学。
预期结果：本文预期通过第一性原理计算方法，对Y-Al-O氧化物陶瓷中点缺陷的本质性质和行为开展深入的理论研究，得到以下预期结果：1、研究得到Y-Al-O陶瓷中不同点缺陷类型的形成能、电子结构和热力学性质等重要信息，探讨点缺陷的本质和调控机制。
2、揭示点缺陷对Y-Al-O氧化物陶瓷力学性能和光学性能的影响，解释点缺陷的形成和演化机制。
3、建立点缺陷在Y-Al-O氧化物陶瓷中的缺陷扩散模型，探究点缺陷在材料中的输运性和演化动力学。
蓝宝石缺陷产生机理及改进方法研究
蓝宝石缺陷产生机理及改进方法研究在蓝宝石晶体的制备过程中，常见的晶体缺陷主要有晶体开裂、气泡与空腔、杂质及色心、位错等，缺陷的产生极大影响了晶体的使用性能。
文章从几种缺陷的产生机理着手，提出了有效降低晶体中缺陷率的措施，对生长大尺寸、高质量的蓝宝石晶体具有重要意义。
标签：蓝宝石单晶；晶体缺陷；产生机理；改进方法Abstract：In the process of sapphire crystal preparation，the common crystal defects mainly include crystal crack，bubble and cavity，impurity and color center，dislocation，and so on. Based on the mechanism of several defects，this paper puts forward effective measures to reduce the defect rate in crystals，which is of great significance for the growth of large-size and high-quality sapphire crystals.Keywords：sapphire single crystal；crystal defect；generation mechanism；improving method1 概述蓝宝石（Sapphire），又称白宝石或刚玉。
蓝宝石晶体的热学性能以及光学性能优良，化学性质稳定，广泛应用于光学和微电子领域，尤其是用作高亮度GaN 基发光二极管（LED）的外延基片材料。
LED市场的迅猛发展，要求生长出大尺寸、高质量、性能稳定的蓝宝石晶体，这就对蓝宝石生长技术提出了更高要求。
但在蓝宝石单晶的生长过程中，往往会产生一些显著影响蓝宝石性能的缺陷，比如位错、杂质及色心、气泡、晶体裂纹等。
《蓝宝石的应变率效应和破坏模式研究》范文
《蓝宝石的应变率效应和破坏模式研究》篇一一、引言蓝宝石，作为一种硬度高、抗磨损性强的材料，被广泛应用于高端领域如光学仪器、电子设备以及珠宝制造等。
然而，其在实际应用中常常会受到各种外力的作用，导致其产生应变并可能发生破坏。
因此，研究蓝宝石的应变率效应和破坏模式对于提升其应用性能、预防破坏具有重要意义。
本文将重点探讨蓝宝石的应变率效应以及其破坏模式，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、蓝宝石的应变率效应应变率是指材料在单位时间内应变量变化的速度。
蓝宝石作为一种硬质材料，其应变率效应主要表现在力学性能随应变率的变化而发生变化。
首先，蓝宝石的强度和硬度随应变率的增加而提高。
在高应变率下，蓝宝石内部的原子排列更加紧密，使得其具有更好的抗压、抗拉性能。
此外，高应变率下蓝宝石的弹性模量也会相应增加，提高了其抵抗形变的能力。
其次，蓝宝石的塑性变形行为在低应变率和高应变率下表现出显著的差异。
在低应变率下，蓝宝石的塑性变形主要表现在表面微裂纹的形成和扩展；而在高应变率下，蓝宝石的塑性变形主要表现为材料的局部硬化和变形能力的增强。
三、蓝宝石的破坏模式研究蓝宝石的破坏模式主要包括裂纹扩展、断裂以及整体性失效等。
研究这些破坏模式有助于更好地理解蓝宝石在不同条件下的破坏过程，从而为其应用提供更好的保障。
首先，裂纹扩展是蓝宝石破坏过程中最为常见的模式之一。
当受到外力作用时，蓝宝石内部可能出现微裂纹，这些微裂纹会随着外力的持续作用而逐渐扩展，最终导致材料的断裂。
微裂纹的扩展方向和速度与外力的大小和方向密切相关。
其次，蓝宝石的断裂模式主要分为脆性断裂和韧性断裂两种。
脆性断裂通常发生在低应力水平下，表现为材料在短时间内突然断裂；而韧性断裂则发生在高应力水平下，表现为材料在断裂前发生较大的塑性变形。
这两种断裂模式与蓝宝石内部的微观结构、杂质含量等因素密切相关。
最后，整体性失效是指蓝宝石在受到严重损伤后，其整体结构发生破坏，导致材料丧失原有的功能。
蓝宝石高温弹性模量的理论计算和实验测量
蓝宝石高温弹性模量的理论计算和实验测量
张毅;沈民浩;刘禹男;黄泽亚;傅仁利
【期刊名称】《电子元件与材料》
【年(卷),期】2024(43)3
【摘要】蓝宝石因其良好的透光性和高温稳定性而成为光纤式高温压力传感器的理想结构材料。
蓝宝石在高温下弹性模量的变化与其高温压力测量的准确性密切相关,因此获取高温条件下蓝宝石的弹性模量是设计和制备高温压力传感器的必要前提条件。
基于高温原位XRD测试得到不同温度下蓝宝石的晶胞参数,然后利用第一性原理对蓝宝石的弹性性能进行了理论计算,得到蓝宝石高温情况下的弹性刚度矩阵和柔度矩阵。
同时基于脉冲激振法,测量了室温至1200℃范围内不同取向蓝宝石样品的弹性模量,验证了理论计算结果的准确性。
理论计算及实验结果均表明:随着温度的升高,蓝宝石的弹性模量减小,并且不同晶向之间存在显著差异。
所获取蓝宝石的高温弹性模量数据可为相关高温压力传感器的设计提供基础数据参考。
【总页数】8页(P306-312)
【作者】张毅;沈民浩;刘禹男;黄泽亚;傅仁利
【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】O734
【相关文献】
1.用于高温测量的蓝宝石光纤光栅的制备研究
2.金属复合材料弹性模量的两种理论模型及实验测量
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5.一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计
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【豆丁推荐】-》一种基于第一性原理的4H_SiC结构缺陷计算模型
0.引言SiC 材料具有宽禁带、高临界击穿电场、高饱和电子漂移速度和高的热导率等各种优秀特性。
目前，SiC 外延生长技术的主要问题是外延层中高密度的缺陷。
主要包括螺旋位错(TSDS)、刃型位错(TEDS)和基面位错(BPDS)等，其密度分别为104,104~105,104~105cm -2[1]。
在4H-SiC 外延生长工艺中，衬底上的基面位错能够转化成外延层中的刃型位错。
这种转化降低了外延层中基面位错的密度，也就减小了外延层中缺陷对SiC 器件的损害。
通过对基面位错的模拟，可以计算位错的密度和分布，态密度，能带结构，基面位错的转化等[2]。
将结构缺陷模拟应用于PIN 二极管的优化，在实验无法勘察位错外貌和结构，或者研究自然条件下很难出现位错的界面时，用计算机模拟位错可以为位错研究提供依据。
基于计算模拟，人们对碳化硅材料特性进行了广泛的研究。
1986年Bacon ，Liang 等人采用Linnard-Jones 势模拟了多种六角密集结构的金属位错结构；1994年MeijieTang [3]等通过修正Tersoff 势函数，延长粒子之间作用的范围，对晶体SiC 材料的力学性质进行了模拟。
Chang K J [4]等，利用abinitio 分子动力学模拟对SiC 的结构、电子云密度进行了模拟。
目前对于4H-SiC 位错的模拟还很少，它的结构及模型还待于探索和研究。
本文主要介绍了一种4H-SiC 结构位错模型及计算模拟过程中的主要技术细节。
1.4H-SiC 的计算模拟基本模拟过程是在一定系统及已知分子势能函数下，从计算分子间作用力着手，求解牛顿运动方程，来计算作用在原子集团上每个原子的力[5]。
准确确定位错芯原子组态的合理方法是采用半离散模型，即把晶体划分为两个区域：靠近位错芯(包含位错芯)的区域I ，在次以外的区域为区域II 。
在区域I 中引入一缺陷，此时要根据弹性理论所预计的位移来改变原子坐标，然后原子同时弛豫，通过反复迭代方程，使系统中每个原子逐步位移到势能最低位置，从而确定出最小势能的原子组态。
掺杂ZnO稳定性和电子结构的第一性原理研究的开题报告
掺杂ZnO稳定性和电子结构的第一性原理研究的开题报告
1. 研究背景和意义
ZnO是一种广泛应用于光电子学和半导体材料中的重要材料。
然而，ZnO结构中存在着缺陷和杂质，它们对材料的性能和稳定性造成了很大的影响。
其中掺杂是一种
常见的改变ZnO材料性质的方法，可以调控其导电性、光学性能和磁性。
因此，对ZnO中掺杂的研究有着重要的理论和实际意义。
2. 研究内容和方法
本研究将采用第一性原理计算方法，研究常见掺杂元素（如Fe、Al、Cu、Mn等）在ZnO结构中的影响，包括掺杂元素与ZnO的结合能、掺杂位置、影响晶格参数、能带结构以及激子吸收光谱等方面的研究。
具体包括以下工作：
（1）优化计算掺杂元素与ZnO的结合能和掺杂位置。
（2）计算掺杂后的晶格参数和能带结构，分析其对ZnO电子结构的调控作用。
（3）研究掺杂元素对ZnO激子吸收光谱的影响，分析其光学特性。
3. 预期结果
预期结果将有助于深入理解ZnO中掺杂元素的作用机制，阐明其在ZnO半导体
器件中的应用前景，有助于指导ZnO材料的制备过程，提高其稳定性和性能。
同时，本研究还将为其他半导体材料丰富和完善掺杂理论提供有价值的参考。
4. 研究意义和应用
ZnO材料广泛应用于光电子学、半导体器件和化学传感器等领域，对其掺杂机制的深入研究对于提高其稳定性和性能具有重要的实际意义。
本研究结果将为ZnO半导体器件设计和制备提供重要的理论指导，同时也为其他半导体材料的掺杂机制研究提
供经验和思路。
第一性原理计算α-Al2O3电子结构及力学性能
第一性原理计算α-Al2O3电子结构及力学性能
汝强;邱秀丽
【期刊名称】《材料研究与应用》
【年(卷),期】2009(003)003
【摘要】利用密度泛函理论的第一性原理方法,采用CASTEP程序包对α-Al2O3的能带结构、电子态密度及弹性常数进行了计算,计算结果表明:α-Al2O3能隙约为6.8 eV;Al3+和O2-之间存在明显的电子转移现象,电子分布具有明显的定域性,但由于极化或杂化现象,Al-O键主要为离子键和少量共价键,α-Al2O3表现出过渡型化合物的特点;α-Al2O3的体积弹性模量为254.253 GPa,剪切模量为157.911 GPa.
【总页数】6页(P162-167)
【作者】汝强;邱秀丽
【作者单位】华南师范大学物理与电信工程学院,广东,广州,510006;华南农业大学工程学院,广东,广州,510642
【正文语种】中文
【中图分类】O141.4
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1.第一性原理计算锐钛矿型TiO2电子结构及力学性能分析 [J], 汝强;胡社军;邱秀丽
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应力调控TiS_3单层材料电子性质的第一性原理研究
应力调控TiS_3单层材料电子性质的第一性原理研究陈卉;董帮少;周少雄;李京波【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2018(49)10【摘要】采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了应力对TiS_3单层材料电子性质的影响。
研究发现,TiS_3单层材料是直接带隙半导体,带隙1.06eV,符合实验值。
TiS_3在a方向上更容易产生形变,在不同方向应力作用下,带隙、价带顶和导带底都会随应力变化而不断变化。
其中,当b方向压应力增加到6%时,TiS_3由直接带隙转变为间接带隙。
分析载流子有效质量得到,在任何方向拉应力作用下,载流子有效质量对应力相应不敏感。
在b单轴方向和双轴方向压应力作用下,载流子有效质量表现出强烈的各向异性。
这一研究对深入理解应力调控TiS_3的电子结构意义深远。
【总页数】6页(P65-70)【关键词】TiS3;二维材料;应力调控;电子结构;第一性原理【作者】陈卉;董帮少;周少雄;李京波【作者单位】钢铁研究总院;安泰科技股份有限公司;中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】O469【相关文献】1.金衬底调控单层二硫化钼电子性能的第一性原理研究 [J], 张理勇;方粮;彭向阳2.二维单层CrX3的电子结构及电荷掺杂对磁各向异性能调控的第一性原理研究[J], 许勤芳3.二维单层CrX3的电子结构及电荷掺杂对磁各向异性能调控的第一性原理研究[J], 许勤芳4.单层缺陷碲烯电子结构与光学性质的第一性原理研究 [J], 李发云;杨志雄;程雪;甄丽营;欧阳方平5.表面吸附对单层黑磷砷结构、电子性质和磁性调控的第一性原理研究 [J], 刘鑫;倪宇翔;王红艳;王辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
点缺陷对TiAl和Ti3Al电子结构和力学性能影响的第一性原理计算
点缺陷对TiAl和Ti3Al电子结构和力学性能影响的第一性原理计算1.昆明理工大学材料与科学学院，昆明，650093*通讯作者：王海军，*******************，高级工程师，从事航天先进金属材料基础及应用研究。
摘要：晶体缺陷对金属间化合物的物理性能起着极其重要的作用，引起人们极大的探索兴趣。
在本文中，使用第一性原理计算研究了TiAl、Ti3Al以及存在空位和反位缺陷结构稳定性、缺陷形成能、电子结构和力学性质。
结果表明，Ti Al反位缺陷对TiAl塑性的改善效果最好，相对而言Al Ti对其塑性的改善效果最差。
而对于Ti3Al而言，含V Al的Ti3Al塑韧性最好，含V Ti的次之。
关键词：点缺陷，TiAl和Ti3Al，电子结构，力学性能1、前言随着航空航天事业的不断发展，航空航天领域对材料的性能需求不断提升。
Ti-Al金属间化合物因其密度低、比强度高、抗蠕变性能好以及高温下良好的抗氧化和耐腐蚀性等优异性能而成为航空、航天、工业等领域的潜在候选材料[1-3]。
Ti-Al金属间化合物包含TiAl、TiAl2、Ti3Al以及TiAl3几种基本结构。
其中，TiAl具有低密度、高强度及好的高温性能，是优异的候选高温结构材料之一[4-5]；Ti3Al不仅有高温比强度、抗氧化性、体积稳定、高温下有较好的塑性等优点，且能填补钛合金和镍基高温合金使用温度之间的空白，是高温结构材料的有力竞争者[6]。
故而，近年来，对两则成分、结构与性能之间相关性的探索在不断加深。
如饶杨安等[7]运用第一性原理方法对Nb掺杂对γ-TiAl抗氧化性的影响，研究发现Nb掺杂能够明显降低氧化过程中O的溶解和扩散，从而阻碍表面的氧进入到γ-TiAl基体内部进行氧化。
夏金姣等[8]采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，计算过渡元素Y在γ-TiAl中占位情况和电子结构，得到一定浓度的Y掺杂有利于γ-TiAl脆性的改善。
周立颖等[9]利用第一性原理计算了γ-TiAl (100)表面附近空位，Si和W掺杂的形成能，探究了它们对O原子在该表面附近吸附和扩散的情况。
《蓝宝石的应变率效应和破坏模式研究》范文
《蓝宝石的应变率效应和破坏模式研究》篇一一、引言蓝宝石作为一种重要的光学材料，在众多领域如激光、光学仪器、航空航天等有着广泛的应用。
然而，其在实际应用中常常面临复杂的应力环境，这导致了其可能产生形变甚至破坏。
因此，对蓝宝石的应变率效应和破坏模式的研究，不仅有助于理解其力学行为，也有助于提升其在实际应用中的可靠性和安全性。
二、蓝宝石的应变率效应应变率是指材料在受到外力作用时，其形变速度的度量。
蓝宝石的应变率效应主要体现在其力学性能随应变率的变化而变化。
这种变化主要受到蓝宝石内部的晶体结构、杂质含量、温度等因素的影响。
研究表明，蓝宝石的硬度、弹性模量和强度等力学性能均随应变率的增加而发生变化。
在高应变率下，蓝宝石的硬度会增大，同时其弹性模量和强度也会提高，表现出更强的抵抗形变的能力。
然而，这并不意味着蓝宝石可以完全抵抗形变，当应变率达到一定程度时，蓝宝石仍然会发生破坏。
三、蓝宝石的破坏模式蓝宝石的破坏模式主要包括脆性断裂和塑性形变两种。
脆性断裂是指蓝宝石在受到外力作用时，由于内部应力超过其强度极限而发生的突然断裂。
这种断裂通常发生在蓝宝石的表面或内部缺陷处，形成明显的裂纹。
而塑性形变则是指蓝宝石在受到外力作用时，通过改变内部结构来吸收能量，从而避免断裂。
这种形变通常在蓝宝石内部发生，不易被察觉。
四、实验研究为了研究蓝宝石的应变率效应和破坏模式，我们进行了系列的实验研究。
首先，我们使用高速冲击设备对蓝宝石进行不同应变率下的冲击实验，观察其形变和破坏过程。
其次，我们利用扫描电子显微镜观察了蓝宝石的断裂面和内部结构，分析了其破坏模式和内部形变机制。
最后，我们还对蓝宝石的力学性能进行了测试，包括硬度、弹性模量和强度等。
五、结果与讨论通过实验研究，我们发现蓝宝石的应变率效应和破坏模式受到多种因素的影响。
首先，随着应变率的增加，蓝宝石的硬度、弹性模量和强度都会有所提高。
其次，蓝宝石的破坏模式主要取决于其内部结构和外部应力环境。
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４０２四川理工学院学报（自然科学版）２０１０年８月
ＣｏｒｕｎｄｕｍＲｈ２０３Ｃａｉｒ０３
（深色为铝原子，浅色为氧原子）
图２Ｃａｉｒ０３相Ａ１２０３超原胞模型
图１Ａ１２０３原胞模型
相（ｃ。
ｒｕｎｄｕｍ）下，减小的趋势尤为明显，但当结构发生
的收敛。
每个相在０Ｋ、零压下的晶体结构参数见表１ｏ
当结构发生相变后参数ｂ却有着与参数ａ不同的变化翌ｔ≥同．相警们计算时分别加上不哩堂量力，：》彳笔二有ｃ。
ｒｕｎｄｕｍ相变化到Ｒｈ：ｏ，结构时，晶格参数ｂ只有翌，曼力烹鼍：、２，。
０，、驾二０２、芝！竺：篓三冀望量力点取微小的增加，但结构从Ｒｈ＿：变化到ＣａｉｒＯ，后，却增加为：８０，１０２、１２０、１３Ｌ２Ｇ登曼黧篡。
２寞宅。
：＋１３。
１。
．２可．享吴荔；．：嘉Ｘ；薯。
‘当磊赢兰磊变后：赢；彖：。
一～……‘～“……一一…一～一…“’一。
１５０、１６３．３、１８１．５ＧＰａ。
计算的晶格常数与一些实验及
也有着与前两者不同的变化，ｃ。
ｍｎｄｕｍ相变化到Ｒｈ：０３理论数据进行了比较，结果符合得很好，这说明了我们。