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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着高科技在各领域的渗透,环境保护对工业生产、能源开发、交通运输以及新材料的应用等提出更高要求。氧化亚铜具有的特殊性能和重要作用逐渐被人们发现,因其原料来源广、制备工艺简单,在经济和社会发展中的应用将更广阔。

人类社会的发展进步离不开能源的支持，而如今的能源供给依旧主要来自于化石燃料，众所周知，化石燃料是不可再生资源，并且开发利用化石燃料不可避免的会对自然环境造成污染。因此，开发利用新能源是如今社会发展急需攻克的项目，人们开始向风能、太阳能、潮汐能、生物能等清洁能源转移视线。氧化亚铜的直接能带结构、高效能特性、价格便宜, 以及其丰富的原材料等，具有纯度高、晶形性能好、且晶粒具有可控性、粒径分布状况较集中等优点，吸引了研究人员对其进行太阳能板的研究。能源紧缺的大环境下, 由于其表现出的优异的光电性能和光催化性能。氧化亚铜(cu2o) 是一种性能优异的半导体材料，它具有2.1 ev( 590 nm) 的直接帯隙以及很高的可见光吸收系数，再加上它具有无毒、低价、原料丰富等优点，已成为太阳能转化与利用研究领域的重要材料。

本课题目的在于通过对氧化亚铜的掺杂研究，提高氧化亚铜的光学特性。

2. 研究的基本内容

密度泛函理论（density functional theory,dft)作为一个优秀的理论工具，在物理和化学方面都有应用，是用来研究多电子体系电子结构的量子力学方法，常常被应用于研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理计算材料学和计算化学领域最常用的方法之一。dft可以称为是基于量子力学理论的从头开始计算理论，一般的，我们把基于密度泛函理论的计算称为第一性原理（first-principles）计算。本文将简要介绍一下多体体系处理的born-oppenheiner近似、单电子近似(hartree-fock近似以及dft)。

materials studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在pc上的模拟软件。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持windows 98、2000、nt、unix以及linux等多种操作平台的materials studio使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型，并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。

本课题运用materials studio软件，对氧化亚铜建模并掺杂不同浓度的s和p，基于第一性原理对各个结构进行能带和态密度的计算分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实验方案：首先建立cu2o的模型，然后对s和p替代 o分别建立了221 的cu2o的超原胞获得共 12 组不同浓度的掺杂情况。本文的工作是使用基于dft第一性原理的 castep软件包实现的。在计算时参数设置选择超软赝势平面波法，gga/pbe 交换关联能。平面波截止能ecut设置为300ev，布里渊区k点网格数取 333。自洽计算收敛精度要求每个原子能量收敛至210^-5ev，原子间相互作用力大小要求不能超过0.5ev/nm，晶体的内应力收敛准则是0.1gpa，原子最大位移收敛标准为2.010^-4 nm。然后进行单点能和相关性质的计算。

进度安排：2018年1月10号之前查阅文献了解第一性原理相关知识，并通过相关教程学习material studio的操作。2月20号之前做出相应的实验数据和分析图，3月5号整理并完成论文的撰写。

预期效果：通过对氧化亚铜的掺杂研究，提高氧化亚铜的光学特性。

4. 参考文献

【1】张剑芳.脉冲沉积制备cu2o/tio2纳米管异质结的可见光光催化性能

【2】jingyun zhang, zhendong sha, paulo. s. branicio, yong-wei zhang, viacheslav. sorkin, qing xiang pei, david j. srolovitz, superplastic nanocrystalline ceramics at room temperature and high strain rates, scripta materialia, 69, 525, 2013.

【3】王野.纳米氧化亚铜的制备及其应用的研究进展