机理研究不够,计算模拟打透—《无机材料学报》近期计算材料学专题精选

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1.      钯催化机理：锂空气电池氧析出和氧还原 

锂空气电池以其超高的能量密度而备受关注, 然而充、放电过电位高等问题严重限制了其实际应用。金属钯可降低它的过电位, 但作用机制尚不完善。中科院上海硅酸盐所刘建军研究员运用第一原理计算, 建立了钯/氧气/过氧化锂(Pd/O₂/Li₂O₂)的三相界面催化模型，研究发现Pd/O基底通过促进Li₂O₂在界面处的电荷转移提高了自身对LiO₂的吸附作用, 从而加速放电产物在电极表面的形成, 有效降低了充电过电位0.43 V。该研究从微观角度揭示了钯降低过电位的催化机制。

该文发表于：无机材料学报2018,33(10):1131-1135.  

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2.      LuPO₄:第一原理窥探氧空位性质 

掺杂二价阳离子的磷酸结构晶体在氧空位附近易形成焦磷酸结构，非常适合做质子导体和燃料电池等，但其形成机理尚不清楚。上海理工大学刘廷禹教授利用第一性原理研究了LuPO₄晶体中氧空位的结构性质，发现正一价氧空位形成焦磷酸结构需越过2.4 eV的势垒, 而正二价时该势垒为0。此时氧空位附近的P与O原子成键, 因O的电负性较强, P的s轨道电子向O的p轨道转移，在s、p轨道禁带出现了与总态密度对应的缺陷能级, 形成了焦磷酸结构。

该文发表于：无机材料学报2019, 34 (8): 879-884.

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3.      Mn掺杂锶铁氧体： 第一性原理揭示电子结构及磁性能

铁氧体永磁材料广受工业界青睐。其锶铁氧体的各向异性好、重量轻，但脆性大，矫顽力仍有提高空间。哈尔滨理工大学吴泽教授和中科院宁波材料所都时禹研究员合作研究表明,单个Mn原子掺杂SrFe_12-xMn_xO₁₉体系(x=0.5)时,优先占据Fe(12k)位置; 而两个Mn原子替换Fe原子(x=1.0)时,同时占据Fe (12k)和Fe (2a)位置。Mn掺杂对锶铁氧体的结构影响小, 但对体系总磁矩和电子结构有明显影响，还可降低带隙值。该结果有望为制备性能优良的锶铁氧体提供理论指导。

该文发表于：无机材料学报2019, 34 (10): 1047-1054.

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4.      聚合物材料表面原子氧防护技术的研究进展 

聚合物用作航天器表面的复合结构基材时，易受低地球轨道空间中含量最高的原子氧粒子大通量、高能量的轰击, 造成氧化侵蚀、质量损失、性能衰退、航天器件可靠性下降、工作寿命缩短。中科院上海硅酸盐所所长宋力昕和章俞之研究员整理归纳了当前国内外通用的几种聚合物材料表面原子氧防护技术, 认为表面化学改性有较好的防护效果，指出计算模拟结合试验研究有可能从本质上揭示复合改性层与原子氧的作用机理, 从而推进航天防护技术的发展。

该文发表于：无机材料学报2019, 34 (7): 685-693.  

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5.      SiC/Al界面结合：基体合金元素作用的模拟

SiC_P/Al复合材料因比刚度、比强度、耐磨性、热导率高及膨胀系数低等优异性能在航空航天、汽车制造、电子封装领域应用广泛，但其界面结合差，严重影响其性能。南昌航空大学邹爱华教授将第一性原理计算与实验研究相结合，发现未掺杂Al/SiC体系界面处以Si原子为终止面的Brigde结构是最稳定的结合方式; 以合金元素替换界面Al原子，可增加界面Si与Al原子结合，增强Al基体和SiC原子间相互作用。合金元素以Mg最好, Cu、Si次之，可用以合成优质复合材料。

该文发表于：无机材料学报2019, 34 (11): 1167-1174.

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