利用Materials Studio对锆钛酸铅进行结构模拟及性能研究

摘要

锆钛酸铅是一种性能出色的铁电材料,不仅具有强铁电性,还具有高压电性和高的机电耦合系数,被认为是最有前景的智能材料,在传感器和光调制器等高性能微电子、光电子集成器件方面有着广泛的应用,受到了材料科学、物理学、微电子学和信息科学等众多领域学者的关注。其具有钛矿型结构,是由钛酸铅和锆酸铅形成的连续固溶体。鉴于其具有的广泛应用前景,已成为人们研究的热点问题之一。而国内外大多数学者研究了掺杂改性的PZT,主要通过物理实验的方法得到其电学、光学属性。
　　随着计算机模拟材料的发展,本文应用材料模拟软件MaterialsStudio首先建立锆钛酸铅的几何结构,然后结合“Reflex”模块画出所建结构的粉末衍射图谱,与实验得到的粉末衍射图谱相比较,验证所建模型正确。接下来利用计算模块“CASTEP”进行几何优化和能量计算,作出能带结构和态密度图,分析计算结果,与现有的实验结论相验证。
　　本文主要通过CASTEP的计算,得到物质的微观参量,这样一方面帮助解释了实验中产生的相关现象,另一方面,一些在实验中无法实际测量的参数也可以通过理论计算得到,从而更有效指导我们进行下一步的工作。该文章的研究结果,为物质微观参量与宏观性能的关系搭建了一个桥梁,以便后续在新材料的设计、新材料的性能预测方面深入研究。也将为研究PZT铁电薄膜的掺杂改性提供新的方法和理论指导。

目录

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1 绪论

1.1 选题的背景及研究的意义

1.2 国内外的研究动态及发展趋势

1.3 论文的主要工作及章节安排

2 基本理论与计算方法

2.1 X射线粉末衍射理论

2.2 第一性原理

2.3 CASTEP模块理论与计算

3 利用Materials Studio模拟锆钛酸铅结构

3.1 建立钛酸铅模型

3.2 建立锆钛酸铅模型

3.3 利用Reflex模块作粉末衍射图谱

4 利用CASTEP模块进行第一性原理计算

4.1 优化几何结构

4.2 CASTEP能量计算

4.3 计算结果分析

5 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

致谢

参考文献