人工晶体学报

作者：王云杰, 张志远, 文杜林, 吴侦成, 苏欣

单位：1.伊犁师范大学物理科学与技术学院,伊宁 835000; ；2.伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室,伊宁 835000

关键词：第一性原理,PbTiO3,掺杂,力学性能,电子结构,光学特性,

基金：伊犁师范大学科研专项提升重点项目(22XKZZ21);伊犁师范大学科研项目(2022YSZD004);伊犁师范大学大学生创新训练项目(S202110764006,YS2022G018);新疆伊犁科技计划(YZ2022Y002);新疆维吾尔自治区天山英才计划第三期(2021-2023)

采用第一性原理研究了四方相钙钛矿PbTiO3以及Ni、Cu、Zn掺杂PbTiO3的力学性能、电子结构和光学性质。力学性能计算结果表明,Ni掺杂PbTiO3的体积模量、剪切模量及弹性模量在三种掺杂体系中最大。Ni掺杂体系德拜温度最高。G/B为材料的脆、韧性判据,Zn掺杂PbTiO3的G/B值最大,说明化学键定向性最高。Ni、Zn掺杂体系的G/B范围为0.56＜G/B＜1.75,均为脆性材料,而本征PbTiO3和Cu掺杂体系G/B值小于0.56,均为韧性材料。通过电子结构分析,发现掺杂体系相比于本征体系带隙变窄,跃迁能量减小。Ni掺入使得PbTiO3费米能级处出现杂质能级,而Cu、Zn掺杂PbTiO3价带顶上移,费米能级进入价带,使得Cu、Zn掺杂PbTiO3呈现p型导电特性。从复介电函数、光学反射谱和吸收谱分析中发现,掺杂体系的静介电常数相较于本征体系有所提升。Ni、Cu、Zn的掺杂使得PbTiO3吸收范围扩展到红外波段,且增强了可见光波段的吸收强度,Cu掺杂PbTiO3材料的光催化特性在本征PbTiO3和三种单掺PbTiO3材料中是最好的。

来源：2024年第2期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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