D0I:10.13374/j.issnl(001-053x.2001.05.011 第23卷第5期 北京科技大学学报 Vol.23 No.5 2001年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2001 RECrO,电子结构与导电性能的关系 青住”陈宁》马丽)李阳2)刘森英) 1)北京科技大学物理化学系，北京1000832北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000833)钢铁研究总院，北京100081 摘要利用量子化学的SCF-Xa-SW电子结构计算方法，计算得到了RE,Cr,O,(RE=La,Pr, Nd,Sm,Gd,Dy,Ho,Er)等体系的电子态密度分布、费米能和能隙宽度等电子结构参数，并结合 RECO,导电陶瓷的导电特征，分析了导电性能和电子结构参数之间的关系.研究表明：随着RE 原子序数的增加，其费米能附近的态密度依次增大，主要为∫电子，非∫电子数量逐渐诚少，因 此，参与导电的电子应与f电子无关这是RECO,导电陶瓷电导率随RE原子序数增大而下降 的主要原因 关键词RE;导电陶瓷：电子结构；导电性能 分类号0742.9：0641.121 RECrO,(RE La,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Ho,Er 根据SCF-Xa-SW方法的特点，选取了RCrO, 一种优良的电子导电的陶瓷材料，在高温发热 结构中最有代表性的4个RE、2个Cr、9个O原 体上应用广泛.实验表明：RECO,陶瓷体系的 子构成的RE,Cr,O,原子簇(Cluster)作为计算模 电导率随着RE原子序数的增加而依次下降". 型，如图1所示.它包括了RECO,结构中所有 在过去的研究中，替代RE元素的作用机理尚缺 的3类原子.在电子结构的计算中，选取的各原 乏系统的理论研究，这使我们不能深人了解 子的外层电子组态见表1. RECO,材料电导机理，给开发利用此类材料带 来一定的盲目性.SCF-Xa-SW方法是一种比较 ●RE ●cr 成熟的量子化学研究方法，通过此方法可以得 ○02位) 到多元体系的电子结构，继而能从电子层次分 ⑧0(1位) 析，了解宏观性能的机理和本质，在稀土储氢合 金、金属间化合物和纯金属体系的研究中，揭示 图1RE,Cr,0,计算模型 了许多宏观性能的微观本质和机理2.本文用 Fig.1 Calculation Model for RE,Cr,O, 此方法研究了RECO,体系的电子结构，并深人 表1计算中选取的各元素的外层电子组态 探讨了RECO,优良的电子导电性能的本质，为 Table 1 Electronic configuration of elements in calcula- 充分利用和开发这类电子导电陶瓷材料提供一 tion 些理论指导. 元素 外层电子排布 元素 外层电子排布 Cr 3d'4s' 0 222p 1计算方法和模型 La 5s25p5d'6s2 Gd 4f5s5p'5d6s Pr 4f5s5p'5d6s Dy 4f5s5p5d6s SCF-Xa-SW方法的基本思想是：对研究 Nd 4f5s5p'5d6s Ho 4f555p5d 6s 体系，在交换势的Xa统计平均近似和Muffin-tin Sm 45s5p56r2 Er 4f"5s25p5d6s2 近似下，把原子团分成3个区域，在这3个区域 RECrO3晶体结构参数取0.3880nm.迭代计 内采用复合分波表象，利用波函数在区域边界 算自治时，势的相对变化最大值小于1.0×103. 上的连续条件，自治求解久期方程，给出该体系 的能量本征值、体系波函数和自洽势等参数 2结果与讨论 收稿日期2000-12-09青佳女，26岁，顾士 2.1主要体系的能谱图 8种体系的能谱图具有十分相似的特征，这第 卷 第 期 肠一年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 加 歇 罗 恤 】 。 电子结构与导 电性能的关 系 青 佳 ‘， 陈 宁 ” 马 丽 ” 李 阳 ” 刘 森英 ” 月七京科技大学物理化学系 ， 北京 匕京科技大学材料科学与工程学院 ，北京 钢铁研究总院 ， 北京 摘 要 利用量子化学的 一 一 电子结构计算方法 ， 计算得到 了 不几 试 ， ， ， ， ， ， 。 ， 等体系 的电子态 密度 分布 、 费米 能和 能隙宽度等电子结构参数 ， 并结合 心 导 电陶瓷的导电特征 ， 分析 了导电性能和 电子结构参数之间 的关系 研究表明 随着 原子序数 的增加 ， 其费米能 附近 的态密度依次增 大 ， 主要 为 电子 ， 非 电子数量逐渐减少 ， 因 此 ， 参与导 电的电子应 与 电子无关 这是 ， 导 电陶瓷电导率随 原子序数增 大而下降 的主要 原 因 关扭词 导 电陶瓷 电子结构 导 电性 能 分类号 旧 ， ， ，么 ， ， ， ， 是 一种优 良的 电子导 电的 陶瓷材料 ， 在高温发 热 体上应用 广泛 实验表 明 旧 ， 陶瓷体系的 电导率随着 原子序数的增 加 而依次下 降‘， 在过去的研究 中 ， 替代 元素的作用机理 尚缺 乏 系统 的理论研 究 ， 这 使我 们 不 能深 人 了解 旧 ，材料 电导机理 ， 给开发利用此类材料带 来一定 的盲 目性 一 一 方法 是一种 比较 成熟 的量子化学研究方法 ， 通 过此方法可 以得 到多元体系的电子结构 ， 继而能从 电子层次 分 析 ， 了解宏观性能的机理和 本质 ， 在稀土储氢合 金 、 金属 间化合物和 纯金属 体系 的研究 中 ， 揭示 了许多宏观性 能的微观本质 和机理 ‘ 川 本文用 此方法研究 了 心 ， 体系的 电子结构 ，并深人 探讨 了 既 心 ， 优 良的电子导 电性 能的本质 ， 为 充分利用和 开发这类电子导电陶瓷材料提供一 些理论指导 根据 一 一 方法 的特点 ， 选 取 了 旧 ， 结构 中最有代表性 的 个 、 个 、 个 原 子构成 的 君几 ， 原 子簇 作 为计算模 型 ， 如 图 所示 它包括 了 心 结构 中所有 的 类原子 在 电子结构的计算 中 ， 选取的各原 子 的外层 电子组 态见 表 位 位 图 ， 计算模型 肠 一 ， 表 计算中选取的各 元素的外层 电子组态 纯 几 妇 恤 。 肠 杭 元素 计算方法和模型 一 一 方法 的基本思想是 对研究 体系 ， 在交换势 的 统计平均近似和 曰 近 似下 ， 把原子团分成 个 区域 ， 在这 个 区域 内采用 复合分波表象 ， 利用波 函数在 区域边 界 上 的连续条件 ， 自洽求解久期方程 ， 给 出该体系 的能量本征值 、 体系波 函数和 自洽势等参数 ‘ 外层 电子排布 ， ， 犷 ‘ 分 扩 矛对 犷 峨尸 护对 俨 犷 咦户 尹丫 俨 犷 元素 外层电子排布 厅丫 扩 犷丫 分 ，。 护 碌 ，’ 尹护 分 ，， 犷甲 分 旧 ， 晶体结构参数取 迭代计 算 自洽时 ， 势 的相 对变 化最大 值小 于 一 收稿 日期 刁 青佳 女 ， 岁 ， 硕士 结果与讨论 主要体系的能谱图 种体系的能谱图具有十分相似的特征 ， 这 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．05．011