[发明专利]一种预测高压下Sr、Ba、La、Er掺杂c-ZrO2的光电特性方法

说明书

本发明公开了一种预测高压下Sr、Ba、La、Er掺杂c‑ZrO2的光电特性方法，首先使用ZrO2实验样品经过粉碎成1~10000nm的粉末后，使用x射线粉末衍射得到衍射谱线，对衍射谱线进行精修、分析得到晶胞的原始数据，建立粗糙模型，再通过第一性原理计算构建稳定的晶体模型，并对其能带结构、分波态密度、光学特性在不同压力下进行计算，可以从得到的数据或谱线中预测材料在高压下的结构稳定性，电子激发和跃迁特性，显色和受激发光等特性，对高压下工作的存储器件、耐火、核材料、传感材料的设计提供理论指导，解决目前实验手段到达不了的原子尺度的精度问题，解决目前实验环境难以实现的压力问题。

技术领域

本发明是一种预测高压下Sr、Ba、La、Er掺杂c-ZrO2的光电特性方法，属于材料学领域，具体涉及氧化锆基复合材料性能及仿真方法，特别的为掺杂ZrO2复合材料的构建、稳定结构模型，能带结构、能量态密度变化规律分析以及体系光学性质的计算。

背景技术

ZrO2具有宽带隙和高介电常数k值，强化学稳定性，作为一种新型过渡金属氧化物材料，在未来微电子产业里被看好，认为具有强大的有待挖掘价值。

高温稳定相c-ZrO2基体功能材料用途广泛，在存储器件、光学应用、核工业、高温耐火材料、固体电解质、氧传感器件等众多领域有广泛应用。但一般温度和压力下c-ZrO2难以稳定存在，本发明拟以一定比例范围内掺杂Sr、Ba、La元素引入氧空位以常温常压下稳定其立方相，并通过计算模拟获得其高压下的电学、光学性能数据，以预测该基质材料在应用于存储器件、核工业、耐火、传感材料时性能随环境压力变化情况。

但是，要达到实验目的以目前实验手段存在到达不了的原子尺度的精度问题，目前实验环境难以实现的压力问题，针对这一问题本发明提供了一种预测高压下Sr、Ba、La、Er掺杂c-ZrO2的光电特性方法对ZrO2基晶体材料光、电特性及改性的仿真研究方法，采用基于密度泛函理论的第一性原理，以ZrO2为基体，在一定的压力范围内，以不同比例Sr、Ba、La混合掺杂，比较得出稳定的晶体结构，对相应的结构计算出其能带结构，态密度、光学性质等，为开发新型多功能晶体材料奠定了理论基础。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种预测高压下Sr、Ba、La、Er掺杂c-ZrO2的光电特性方法，以解决要达到实验目的以目前实验手段存在到达不了的原子尺度的精度问题，目前实验环境难以实现的压力问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种预测高压下Sr、Ba、La、Er掺杂c-ZrO2的光电特性方法，首先使用ZrO2实验样品经过粉碎成1~10000nm的粉末后，使用x射线粉末衍射得到衍射谱线，对衍射谱线进行精修、分析得到晶胞的原始数据，建立粗糙模型，再通过第一性原理计算构建稳定的晶体模型，并对其能带结构、分波态密度、光学特性在不同压力下进行计算，可以从得到的数据或谱线中预测材料在高压下的结构稳定性，电子激发和跃迁特性，显色和受激发光等特性，对高压下工作的存储器件、耐火、核材料、传感材料的设计提供理论指导；其步骤包括生成样品、拟合xrd衍射图谱生成、测试高压稳定性、计算单点能：

步骤一：生成样品，取摩尔百分比0~16%SrO、0~16%BaO、0~3.2%La2O3、0~3.2%Er2O3，61.6%~100%ZrO2粉末混合，经过球磨，溶解，烘干，并于2500左右摄氏度高温下缓慢长成晶体；将晶体破碎，研磨成1~10000nm粗细的粉末，粉末样品进行x-ray射线衍射；

步骤二：拟合xrd衍射图谱生成；

①采集实验样品的x-ray衍射数据，将该数据信息文件通过通用数据端口传递给Masterial Studio软件；在Masterial Studio软件中，选用reflex tools模块，对实验数据进行除背景，平滑处理；

②使用powder index功能进行主峰标定，参数可以取系统默认值；