模拟NTC尖晶石内电子态密度微观变化的数据处理方法

摘要

本发明涉及一种模拟NTC尖晶石内电子态密度微观变化的可视化数据处理方法，该方法借助于MATLAB软件分三步进行，第一步：结构内电子态密度做三维可视化处理，得到该区域内电子态密度随温度的强弱变化；第二步：对三维图进行同步化处理，说明态密度对温度的敏感程度以及相互作用的变化趋势；第三步：对同步图进行异步化处理，说明态密度相对温度变化的敏感程度。该方法与现有技术相比：具有可视化程度高，分辨率高等优点，用该方法可以清晰明确的获得尖晶石内电子态密度微观变化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟负温度系数（NTC）尖晶石内电子态密度微观变化的数据处理方法，属于统计学领域。

背景技术

近年来，呈现负温度系数(NTC) 尖晶石以其优良的导电性和热稳定性在热敏陶瓷领域受到密切的关注。热敏陶瓷作为传感器以最佳的灵敏度和热稳定性在温度的检测和控制等领域中无处不在。目前，许多研究致力于拓宽热敏传感器的温度适用范围。常规的NTC热敏传感器仅在(150K-450K)温度范围内呈现稳定的NTC特性。2009年，Antonio Feteira综述了通过掺杂过渡金属氧化物(300K-600K）；掺杂稀土元素(700K-1100K)；NTC热敏陶瓷材料导电模型主要是导带导电模型，它主要是由八面体位置上B³⁺/B⁴⁺之间的电子跳跃形成的“小极化子跳跃式”导电描述的，但是决定NTC尖晶石的导电性能的阳离子分布和价态分布模型尚存争议，使得导带导电机理尚不明确。因此，从本质上解释镍锰基NTC热敏陶瓷材原子占位问题和电子的输运特性，成为解决当前拓温度适用范围的主要途径之一。

当前，许多研究都是从实验和理论上验证和解释电子的输运特性，但没有从微观上形象的描述热敏陶瓷材料的电子输运特性。因此，找到一种可视化电子态密度微观变化的处理方法仍然是一大难题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种模拟NTC尖晶石内电子态密度微观变化的数据处理方法，该方法利用MATLAB软件分三步进行，第一步：结构内电子态密度做三维可视化处理，得到该区域内电子态密度随温度的强弱变化；第二步：对三维图进行同步化处理，说明态密度对温度的敏感程度以及相互作用的变化趋势；第三步：对同步图进行异步化处理，说明态密度相对温度变化的敏感程度。该方法与现有技术相比：具有可视化程度高，分辨率高等优点，用该方法可以清晰明确的获得尖晶石内电子态密度微观变化。

本发明所述的模拟NTC尖晶石内电子态密度微观变化的数据处理方法，按下列步骤进行：

a、利用量子化学的方法模拟NTC尖晶石随温度变化的电子结构，在不同温度下NTC尖晶石结构内大小极化子的局域态密度；

b、通过分析能态密度的变化，在态密度变化明显的能量范围内，将体系中大小极化子的局域态密度进行划分；

c、利用MATLAB软件，对不同能量范围内大小极化子的局域态密度数据进行同步化处理，分析同步谱的自相关峰、交叉峰，即得到态密度对温度的敏感程度以及相互作用的变化趋势；

d、对同步谱进一步进行异步化处理，分析异步谱的交叉峰，得到态密度相对于温度变化的快慢程度，得到温度对电子响应速率的影响；

e、在费米面附近不同的能量范围内，分析对应的同步谱和异步谱，即可得到NTC尖晶石内电子态密度随温度的微观变化。

附图说明

图1为本发明利用量子化学方法在50K - 1500K范围内模拟计算后得到的NiMn₂O₄（NMO）中大小极化子的局域态密度图（Ni-3d，Mn-3d），其中(1)(2)，(3)(4)对应于Ni-3d在不同能量区域的同步谱和异步谱；(5)(6)，(7)(8)对应于Mn-3d在不同能量区域的同步谱和异步谱；

图2为本发明利用量子化学方法在50K - 1500K范围内模拟计算后得到的NiV₂O₄（NVO）中大小极化子的局域态密度图（Ni-3d，V-3d），其中(1)(2)，(3)(4)对应于Ni-3d在不同能量区域的同步谱和异步谱；(5)(6)，(7)(8)对应于V-3d在不同能量区域的同步谱和异步谱；

图3为本发明利用量子化学方法在50K - 1500K范围内模拟计算后得到的NiTa₂O₄（NTO）中大小极化子的局域态密度图（Ni-3d，Ta-3d），其中(1)(2)，(3)(4)对应于Ni-3d在不同能量区域的同步谱和异步谱；(5)(6)，(7)(8)对应于Ta-3d在不同能量区域的同步谱和异步谱。

具体实施方式

 实施例1

a、利用量子化学的方法模拟计算NTC-NiMn₂O₄（NMO）尖晶石结构中小极化子（四面体间隙）中的Ni和大极化子（八面体间隙）中的Mn随温度变化的能态密度；

b、在费米面附近，Ni的-1eV - 2eV和-7eV - -1eV，Mn的-1eV - 2eV和-7eV - -1eV能量范围内的局域态密度（PDOS）随温度的变化明显，将体系中大小极化子的局域态密度（PDOS）在对应的能量范围内划分；

c、利用MATLAB软件，在对应的能量范围内对大小极化子的局域态密度（PDOS）数据进行同步化处理，得到同步谱。在同步谱中明显看到在小极化子中1eV ，-3eV，-5.6eV处的电子态密度发生明显变化；在大极化子中-6.3eV ，3.5eV表明这个能量处的电子态密度随易受温度的影响，在小极化子中（0eV，0.8eV），（-3eV，-5.6eV）相交处交叉峰为正，表明能量范围内的电子态密度变化趋势相同；

d、对同步谱进一步进行异步化处理，得到异步谱。在异步谱中模型看到在小极化子中的异步谱中（-0.5eV，0.6eV），（1.3eV，0.7eV），（-3eV，-2.8eV），（-3eV，-1.3eV），（-2.3eV，-1.5eV），（-1.5eV，-1eV）处的异步交叉峰；在大极化子中的异步谱中（-1.6eV，-3.7eV），（-2.8eV，-3.7eV），（-3.7eV，-6.7eV），（-3.7eV，-5eV），（3.6eV，2.8eV），（4.2eV，3.5eV），（4.2eV，3.7eV）处的异步交叉峰，表明不同能量交叉处态密度相对于温度变化的快慢程度，得到了温度对电子响应速率的影响；

e、在费米面附近小极化子（-0.5eV，0.6eV），（-1eV，-1.5eV）处异步谱为负对应的同步谱为正，表明-0.5eV和-1eV处局域态密度（PDOS）的变化滞后于0.6eV和-1.5eV的局域态密度（PDOS）的变化；（0.7eV，1.3eV），（-1.5eV，-1eV）处异步谱为正对应的同步谱为正，表明-0.7eV和-1.5eV处局域态密度（PDOS）的变化先后于1.3eV和-1eV的局域态密度（PDOS）的变化，大极化子（-1.6eV，-3.7eV），（3.6eV，2.8eV）处异步谱为负对应的同步谱为正，表明-0.5eV和-1eV处局域态密度（PDOS）的变化滞后于0.6eV和-1.5eV的局域态密度（PDOS）的变化，即得到NTC-NiMn₂O₄尖晶石内电子态密度随温度的微观变化趋势。从图1中可以看出NiMn₂O₄中大小极化子对应局域态密度随温度的敏感程度与变化趋势。

实施例2

    a、利用量子化学的方法模拟计算NTC-NiV₂O₄（NVO）尖晶石结构中小极化子（四面体间隙）中的Ni和大极化子（八面体间隙）中的V随温度变化的能态密度；

b、在费米面附近，Ni的0eV - 3eV和-7eV - 0eV，V的0eV - 5eV和-8eV - 0eV能量范围内的局域态密度（PDOS）随温度的变化明显，将体系中大小极化子的局域态密度（PDOS）在对应的能量范围内划分；

c、利用MATLAB软件，在对应的能量范围内对大小极化子的局域态密度（PDOS）数据进行同步化处理，得到同步谱。在同步谱中明显看到明显看到在小极化子中0.8eV ，1.8eV，3eV，-3.2eV，-6.2eV处的电子态密度发生明显变化；在大极化子中2eV ，4.5eV，-5eV，-1.5eV，-2.8eV，-7eV表明这个能量处的电子态密度随易受温度的影响。在小极化子中（0.8eV，2.8eV），（1.8eV，2.8eV）；在大极化子中（-0.5eV，-2.8eV），（-0.5eV，-7.2eV），（-2.8eV，-7.2eV）相交处交叉峰为正，表明能量范围内的电子态密度变化趋势相同；（-1.4eV，-2eV）相交处交叉峰为负，表明能量范围内的电子态密度变化趋势相反；

d、对同步谱进一步进行异步化处理，得到异步谱。在异步谱中模型看到在小极化子中的异步谱中（0.8eV，2.8eV），（1.8eV，2.8eV）处的异步交叉峰；在大极化子中的异步谱中（-0.5eV，-0.8eV），（1.3eV，2.8eV），（2.3eV，1.8eV），（-1.5eV，-1eV）处的异步交叉峰为负（1.8eV，1.3eV），（-0.5eV，-1.5eV）处的异步交叉峰为正，表明不同能量交叉处态密度相对于温度变化的快慢程度，得到了温度对电子响应速率的影响；

e、在费米面附近的小极化子中（0.8eV，2.8eV）处异步谱为负对应的同步谱为正，表明0.8eV处局域态密度（PDOS）的变化滞后于2.8eV的局域态密度（PDOS）的变化；（1.8eV，2.8eV）处异步谱为正对应的同步谱为正，表明1.8eV处局域态密度（PDOS）的变化先后于2.8eV的局域态密度（PDOS）的变化，大极化子中（-0.5eV，-0.8eV），（1.3eV，2.8eV）处异步谱为负对应的同步谱为正，表明-0.5eV和1.3eV处局域态密度（PDOS）的变化滞后于-0.8eV和2.8eV的局域态密度（PDOS）的变化；（1.8eV，1.3eV），（1.3eV，2.8eV）处异步谱为正对应的同步谱为正，表明1.8eV和1.3eV处局域态密度（PDOS）的变化先后于1.3eV和2.8eV的PDOS的变化进一步分析不同能量处的同步谱和异步谱的变化，即得到NTC-NiV₂O₄尖晶石结构内电子态密度随温度的微观变化趋势。从图2中可以看出NiV₂O₄中大小极化子对应局域态密度随温度的敏感程度与变化趋势。

实施例3

    a、利用量子化学的方法模拟计算NTC-NiTa₂O₄（NTO）尖晶石结构中小极化子（四面体间隙）中的Ni和大极化子（八面体间隙）中的Ta随温度变化的能态密度；

b、在费米面附近，Ni的0eV - 2.5eV和-8eV - 0eV，Ta的1eV - 2eV和-7eV - 0eV能量范围内的局域态密度（PDOS）随温度的变化明显，将体系中大小极化子的局域态密度（PDOS）在对应的能量范围内划分；

c、利用MATLAB软件，在对应的能量范围内对大小极化子的局域态密度（PDOS）数据进行同步化处理，得到同步谱。在得到的同步图中在同步谱中明显看到明显看到在小极化子中3eV ，-2.4eV，-4.2eV，-6.2eV处的电子态密度发生明显变化；在大极化子中1.6eV ，-1.1eV，-3.2eV，-6.2eV表明这个能量处的电子态密度随易受温度的影响，在小极化子中（2.4eV，6.2eV）；在大极化子中（-1.2eV，-6.2eV）相交处交叉峰为正，表明能量范围内的电子态密度变化趋势相同；

d、对同步谱进一步进行异步化处理，得到异步谱。在异步谱中模型看到在小极化子中的异步谱中（2.1eV，1.5eV），（3eV，2.1eV），（-1eV，-6.5eV），（-1eV，2eV）处的异步交叉峰；在大极化子中的异步谱中（1.2eV，0eV），（1.8eV，0.8eV），（3eV，0.8eV），（2.2eV，1.8eV），（-0.6eV，-1.8eV），（-1.6eV，-1.8eV）处的异步交叉峰，表明不同能量交叉处态密度相对于温度变化的快慢程度，得到了温度对电子响应速率的影响；

e、在费米面附近小极化子中（2.1eV，1.5eV），（-1eV，-2.2eV）处异步谱为正对应的同步谱为正，表明2.1eV和-1eV处PDOS的变化先于1.5eV和-2.2eV的局域态密度（PDOS）的变化；（3eV，2.1eV）处异步谱为正对应的同步谱为负，表明3eV处局域态密度（PDOS）的变化滞后于2.1eV的局域态密度（PDOS）的变化；大极化子中（1.2eV，0eV），（1.8eV，-2.2eV）处异步谱为负对应的同步谱为正，而（-0.6eV，-1.8eV），（-1.6eV，-1.8eV）处异步谱为负对应的同步谱为正，表明1.2eV,1.8eV，-0.6eV，1.6eV处局域态密度（PDOS）的变化滞后于0eV，2.1eV，-1.8eV，1.8eV的局域态密度（PDOS）的变化，进一步分析不同能量处的同步谱和异步谱的变化，即得到NTC-NiTa₂O₄尖晶石内电子态密度随温度的微观变化趋势。从图3中可以看出NiTa₂O₄中大小极化子对应局域态密度随温度的敏感程度与变化趋势。