一种Cl掺杂对硒氧化铋力学性能影响的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种Cl掺杂对硒氧化铋力学性能影响的测定方法，包括以下步骤：对理想环境下的材料进行几何结构优化，获得优化后的晶胞结构；以扩胞后优化的结构作为初始结构，利用Cl原子替代Se位置的原子，得到掺杂态的结构模型，再进行结构优化；采用应力

【技术实现步骤摘要】
一种Cl掺杂对硒氧化铋力学性能影响的测定方法


[0001]本专利技术属于材料的力学
，尤其涉及一种Cl掺杂对硒氧化铋(Bi2O2Se)力学性能影响的测定方法。

技术介绍

[0002]随着全球能源危机和环境污染日益严重，绿色和可持续能源资源的开发变得尤为迫切。在这个背景下，热电发电(TEG)作为一种绿色高效的能源转换技术，引起了广泛关注，成为研究的热点之一。TEG技术利用温度差异产生的热电效应将热能转化为电能，具有高效率、低噪音、无排放和长寿命等优点。在TEG设备的组装和制造过程中，热电材料的力学性能至关重要。热电材料需要具备良好的力学性能，以确保设备的稳定性和可靠运行。然而，由于热电材料通常在循环温度梯度下工作，存在温度膨胀不均匀以及热应力的问题，不良的力学性能可能导致材料出现裂纹和功能失效。
[0003]研究人员致力于开发具有良好力学性能的热电材料。首先，材料的力学性能要符合应力和变形的要求，能够承受温度变化引起的热应力。其次，材料的韧性和抗裂纹性也是关键因素，可以有效防止裂纹的扩展和蔓延。近年来，许多方法被提出用于改善热电材料的力学性能。例如，通过合金化、晶格工程和界面控制等手段，可以调节材料的微观结构和物理性能，从而提高其力学性能。开发具有良好力学性能的热电材料对于实现绿色和可持续能源转换至关重要。在TEG技术的发展过程中，我们需要不断探索新的材料和工艺，以满足不同应用场景对于力学性能的需求，并结合优化设备设计，将TEG技术应用于更多领域，推动绿色能源的可持续发展。
[0004]近年来，Bi2O2Se作为一种新型的二维材料受到越来越多的关注。由于其具有超高的电子迁移率、优异的稳定性和可调谐的带隙宽度，该晶体具有许多潜在的应用，有望在电子器件、光电子器件、能源和环境领域发挥重要作用。然而，Bi2O2Se本身的力学性能比较差，在具体应用中可能面临极大的挑战。因此，通过第一性原理研究元素掺杂对Bi2O2Se的力学性能的影响显得尤为重要，该方法不仅可以节省时间和成本，而且还可为研究学者的相关研究提供一定的理论参考。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：全球能源危机和环境污染日益严重，绿色和可持续能源资源的开发变得尤为迫切，且现有热电发电技术需要热电材料具有优良的力学性能以符合实际应用。Bi2O2Se作为一种具有超高的电子迁移率、优异的稳定性和可调谐带隙宽度的新型二维材料，其本身的力学性能较差，无法在实际生活中具体应用。因此，提高Bi2O2Se的力学性能成为我们的当务之急。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
问题，本专利技术提供一种Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法，本专利技术的计算过程较为简单，但是计算结果非常的可观，Cl掺杂导致Bi2O2Se的力学性能得到极大的改善，最终的计算结果为相关的力学研究提供了思路。
[0007]为了实现以上技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法，包括以下步骤：
[0009]对材料进行结构优化，获得优化后的晶胞结构；利用Cl原子替代Se位置的原子，得到掺杂态的结构模型，再进行结构优化；采用应力
‑
应变的方法计算出Cl掺杂前后Bi2O2Se的弹性常数，并判断其力学稳定性，当稳定存在时进一步估算Cl掺杂前后Bi2O2Se的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和延展性(B\G)的变化情况，由此推导出Cl掺杂前后Bi2O2Se的力学性能的变化。
[0010]进一步地，所述Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一，对理想环境下的材料进行几何结构优化，获得优化后的晶胞结构；
[0012]步骤二，以步骤一中优化的理想态结构为初始结构，进行Cl掺杂后再进行结构优化，获得优化后的几何结构；
[0013]步骤三，基于步骤一和步骤二所得到的优化结构进行材料的弹性常数的计算，从而判定掺杂前后的结构在力学上是否稳定存在；
[0014]步骤四，基于步骤三得到的弹性常数的计算结果，估算Cl掺杂前后Bi2O2Se的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和延展性(B\G)的变化情况，据此推导出Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能的影响。
[0015]进一步地，所述步骤一中的对理想环境下的材料进行几何结构优化，获得优化后的晶胞结构包括：
[0016](1)依据文献中所提供的Bi2O2Se的晶格常数和原子坐标，在建模软件中构建单胞Bi2O2Se的结构模型；
[0017](2)进行K点和动能截断值的测试，确定后续计算中所需的计算参数；
[0018](3)基于步骤(2)中确定的参数，对步骤(1)中的初始结构进行高精度结构优化，优化晶胞的体积及内部原子坐标，并采用广义梯度近似下的PBE泛函描述电子间的交换相关作用；
[0019](4)基于步骤(3)中所得到的结构进行扩胞，对扩胞后的结构进行高精度优化。
[0020]进一步地，步骤(4)中按照2
×2×
1的方式进行扩胞。
[0021]进一步地，扩胞后的结构含有40个原子。
[0022]进一步地，所述步骤二中，基于步骤一中优化的理想态结构作为初始结构，用一个Cl原子替代Se位置的原子，得到掺杂浓度为2.5％的Bi2O2Se
0.875
Cl
0.125
；再进行结构优化，获得优化后的结构模型。
[0023]进一步地，所述步骤三中的结构优化完成后进行材料的弹性常数计算包括：
[0024]基于步骤一和步骤二优化后的结构，进行材料的弹性常数计算，所用的K点为6
×6×
6，用于获得材料的弹性常数；并由计算出的弹性常数来判定Cl掺杂前后Bi2O2Se的力学稳定性。
[0025]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0026](1)本专利技术的Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法不涉及具体的实验过程，但是最终的计算结果却可以为相关的实验提供理论指导。该计算过程基于第一性原理方法，相关的理论方法已经相当完备，因此该计算结果具有可靠性。本专利技术的计算过程较为简
单，但是计算结果非常的可观，Cl掺杂导致Bi2O2Se的力学性能得到极大的改善，最终的计算结果为相关的力学研究提供了思路。
[0027](2)本专利技术基于第一性原理的计算，在建模软件中对Bi2O2Se材料进行掺杂，得到掺杂浓度为2.5％的Bi2O2Se
0.875
Cl
0.125
结构模型，通过计算分析理想态和掺杂态的Bi2O2Se的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和延展性(B\G)的变化，就可以判断Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能的影响；本专利技术方法成本较低、重复性好、绿色环保、操作简单准确，应用广泛且易于实现，适合推广应用。
[0028](3)本专利技术的技术方案解决了人们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法，其特征在于，测定方法包括以下步骤：对材料进行结构优化，获得优化后的晶胞结构；利用Cl原子替代Se位置的原子，得到掺杂态的结构模型，再进行结构优化；采用应力
‑
应变的方法计算出Cl掺杂前后Bi2O2Se的弹性常数，并判断其结构在力学上是否可以稳定存在。当稳定存在时进一步估算Cl掺杂前后Bi2O2Se的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和延展性(B\G)的变化情况，由此推导出Cl掺杂前后Bi2O2Se的力学性能的变化。2.如权利要求1所述Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法，其特征在于，所述Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法包括以下步骤：步骤一，对理想环境下的材料进行几何结构优化，获得优化后的晶胞结构；步骤二，以步骤一中优化的理想态结构为初始结构，进行Cl掺杂后再进行结构优化，获得优化后的结构模型；步骤三，基于步骤一和步骤二所得到的优化结构进行材料的弹性常数的计算，从而判定掺杂前后的力学稳定性；步骤四，基于步骤三得到的弹性常数的计算结果，估算Cl掺杂前后Bi2O2Se的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和延展性(B\G)的变化情况，据此推导出Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能的影响。3.如权利要求2所述Cl掺杂对Bi2O2Se力学性能影响的测定方法，其特征在于，所述步骤一中的对理想环境下的材料进行几何结构优化，获得优化后的晶胞结构包括：(1)依据文献中所提供的Bi2O2Se的晶格常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海燕，李步达，李梦璐，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：