插层化合物LiTiS有序结构稳定性的第一性原理研究

摘要

本论文依据插层化合物中插层离子有序－无序相变的事实和插层离子的有序结构对材料性能的决定作用，选定插层离子的有序结构稳定性等问题为研究对象。 Materials Studio 是一种比较先进的基于密度泛函理论的第一性原理材料模拟和计算软件，本论文就是利用这套软件对用密度波方法所确定的有序结构模型的稳定性进行了研究。具体操作是，根据插层化合物LixTiS2 已有的晶体结构参数，用Visualizer 建立有序结构模型。选择合适的的参数设置，用CASTEP 对该结构模型进行几何优化计算，得到对应的能量和晶格参数，而后计算结构模型的态密度和能带结构并进行分析，最终得出结论。 计算结果发现：在三角晶格的有序结构中，形成能随Li离子浓度先减小后增加。晶格参数C0 随Li 离子浓度单调增加。这与实验测试结果是一致的。这种影响源于Li 离子与母体间的相互作用。 在六角蜂窝晶格的有序结构中，晶格参数C0 随Li 离子浓度先增加后减小。这种变化源于S 原子对Li 的屏蔽。 对三维隔层结构与对应的二维结构的态密度的计算结果显示：它们的形状极其相似，仅在量值上有所区别。能带结构分析表明：三维隔层结构的导带宽度比对应得二维结构窄。 这表明二维结构比三维隔层结构导电性要好。究其原因在于：三维隔层结构是在二维结构的基础上隔层去掉了Li 离子，这相当于在二维结构态密度上产生了微扰，因此总态密度图相似。但由于隔层去除Li 离子，使得晶体中导电电子数大量减少，以致三维隔层结构导电性能明显下降。