ZnO晶体晶格常数及弹性模量的第一性原理计算

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1、第39卷增刊人工晶体学报Vo1．39Supplement2010年6月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTAISJune，2010ZnO晶体晶格常数及弹性模量的第一性原理计算郭连权，李大业，刘嘉慧，马贺，武鹤楠，冷利，张(1．沈阳工业大学理学院，沈阳110870；2．沈阳工业大学基础教育学院，沈阳110023)摘要：本文采用密度泛函理论及第一性原理对ZnO晶体结构参数和弹性模量进行了模拟计算，推导出了六角密集结构晶体弹性模量的解析表达式。计算中采用了Abinit计算软件，得到了ZnO晶

2、体的晶格常数和弹性模量。计算表明，a轴和c轴的晶格常数分别为a=6．03Bohr(1Bohr=0．053nm)和c=9．82Bohr，与实验值比较其相对误差均在1．63％以下。在用局域密度近似和广义梯度近似两种不同的方法计算弹性模量时，用局域密度近似的计算结果为1．402Pa，与实验结果比较相对误差为2．6％。计算得知，它比广义梯度近似的计算结果更为精确。关键词：ZnO；密度泛函理论；第一原理；晶格常数；弹性模量中图分类号：073文献标识码：A文章编号：1000-985X(2010)S1-026

3、4-05FirstPrinciplesCalculationofLatticeConstantandElasticModulusofZnOCrystalGUOLian—quan，LIDa—ye，LIUJia—hui，MAHe，WUHe—nan，LENGLi，ZHANGP(1．SchoolofScience，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China；2．SchoolofElementaryEducation，ShenyangUniver

4、sityofTechnology，Shenyang110023，China)Abstract：Basedonthedensityfunctionaltheory(Dn、)andfirstprinciples，thesimulationcalculationofthelatticeconstantandelasticmodulusoftheZnOcrystalwerecarriedoutinthispaper．andtheanalyticalexpressionofcrystalelasticmo

5、dulusofhexagonalclosepackingconstructionisdeduced．Thecalculationusestheabinitpackage，andworksoutthelatticeconstantandelasticmodulusoftheZnOcrysta1．TheresultsofcalculationshowedthatthelatticeconstantsofaaxisandCaxisarea=6．03Bohr(1Bohr：0．053nm)andC=9．8

6、2Bohrrespectively．andtherelativeerrorsarebothlessthan1．63％comparedwiththeexperimentaldata．Beingcalculatedbythetwodifferentpseudopotentialsoflocaldensityapproximation(LDA)andgeneralizedgradientapproximation(GGA)，theelasticmodulusresultis1．402PabyLDA，a

7、ndtherelativeelToris2．6％comparedwiththeexperimentaldata．ItiSknownfromthecalculationthattheresultofLDAiSmoreaccuratethantheoneofGGA．Keywords：ZnO；densityfunctionaltheory；firstprinciples；latticeconstant；elasticmodulus1引言纳米ZnO是一种新型的多功能精细无机材料，其在光、电、磁和敏感材料

8、等方面有着优异的性能。近年来，纳米ZnO在橡胶工业中作为硫化活性剂等功能性添加剂，可以用来提高橡胶产品的耐磨性、机械强度等性能指标，可以减少普通ZnO的用量，延长橡胶产品的使用寿命。在陶瓷工业中，纳米基金项目：辽宁省自然科学基金(No．20062040)作者简介：郭连权(1959一)，男，辽宁省人，博士，教授。E—mail：guo—lq@163．corn增刊郭连权等：ZnO晶体晶格常数及弹性模量的第一性原理计算265R暑宴营口ZnO作为汝瓷釉料和助熔剂，可以降低陶瓷的烧结温度，提高陶瓷的柔韧性和