第一性原理在納米顆粒異相形核生長及相轉(zhuǎn)變中的應用.pdf

1、納米科技作為一門具有交叉性和前沿性的新型學科，將對微電子技術、材料、能源和醫(yī)學等眾多領域起到不可估量的推動作用，而納米材料的合成和性質(zhì)研究則是重中之重。隨著研究手段的日趨豐富，基于密度泛函理論的第一性原理計算機模擬技術已經(jīng)越來越多的被用作納米材料的輔助研究手段。與普通實驗手段相比較，計算機模擬技術能夠深入理解納米材料從微觀到宏觀多個尺度的各類現(xiàn)象與特征，將會為納米材料的研究帶來變革。本論文將實驗與計算機模擬相結合，針對實際實驗中出現(xiàn)的一

2、些不易解釋和較為特殊的現(xiàn)象，設計并進行了第一性原理的計算機模擬實驗，期望以此來解釋實驗現(xiàn)象并為其提出指導建議，為這些方面的工作做出了有益的嘗試。
　　第一部分，我們針對Fe3O4-CdSe復合顆粒制備中遇到的CdSe異相形核生長問題做出了研究。通過實驗發(fā)現(xiàn)，不同配體類型OA/OAm/NaOL影響了CdSe在Fe3O4種晶表面的異相形核數(shù)量。而當采用球形/方形Fe3O4種晶時，CdSe在方形種晶表面的生長呈現(xiàn)出一定的優(yōu)先選擇性：優(yōu)先

3、選擇六面體頂角位置，其次是棱邊位置，最后是種晶的體表面；相對的，球形種晶則沒有出現(xiàn)類似情況。針對這些現(xiàn)象，我們計算了配體OA/OAm/NaOL在Fe3O4低指數(shù)面上的吸附能力，發(fā)現(xiàn)配體與與Cd、Se前體存在一個競爭吸附的過程，即結合能力強的配體阻礙 CdSe的異質(zhì)生長。接下來通過對Fe3O4和CdSe晶體不同晶面組的晶格錯配計算以及前體Se原子在種晶表面吸附能力的模擬計算，結合晶體表面曲率和表面缺陷，對CdSe的選擇性生長現(xiàn)象進行了解釋

4、，并且從能量的角度對整個 Fe3O4-CdSe復合顆粒的生長過程進行了闡述。
　　第二部分，我們將研究內(nèi)容鎖定為紅外上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料 NaYF4納米顆粒的制備及其相轉(zhuǎn)變控制。為了有效合成上轉(zhuǎn)換效率更高的β-NaYF4，我們從他人的工作中得到了啟發(fā)，嘗試使用NaOL部分代替OA作為納米顆粒的表面配體。為了對實驗進行對應的預測，我們首先利用第一性原理計算模擬了OA以及 NaOL與α-NaYF4低指數(shù){100}面的相互作用，包括了配體在表

5、面的吸附能計算和吸附表面的電子結構模擬。發(fā)現(xiàn)油酸鈉解離出的油酸根離子會對Y3+產(chǎn)生了選擇性的吸附，該過程將有可能改變立方相中原本的Y3+的隨機排布情況，而是更加接近六方相的Y3+排布規(guī)律，從而減少正離子重排所需的能量，直接降低相轉(zhuǎn)變能壘。以此模擬實驗為指導，我們設計了β-NaYF4納米顆粒的合成實驗，證實了在適當?shù)挠退徕c使用量情況下，的確能夠在極短的保溫時間內(nèi)（5min）得到尺寸小、粒徑分布好的純β-NaYF4納米顆粒，因此強配體 Na