氫與超薄輕金屬薄膜作用的第一性原理研究.pdf

1、A t h e s i ss u b m i t t e dt oZ h e n g z h o u U n i v e r s i t yf o r t h ed e g r e e o f M a s t e rT h e I n t e r a c t i o n o f H y d r o g e na n d U l t r a - t h i nL i g h tM e t a l F i l m s ：A F i r s

2、t - p r i n c i p l e sS t u d yB y Z h u a n g z h u a n g T i a nS u p e r v i s o r ：P r o f ．Q i a n gS u nT h e o r e t i c a lP h y s i c sS c h o o lo f P h y s i c sa n d E n g i n e e r i n gM a y 2 0 1 0基于輕金屬元素

3、的納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫材料重量輕，儲(chǔ)氫比重大，是實(shí)現(xiàn)高密度儲(chǔ)氫的理想材料之一。但這類(lèi)材料以氫化物形式儲(chǔ)氫時(shí)，釋氫溫度高，如何降低釋氫溫度是急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法對(duì)鋰、鈉、鎂、鋁3 至3 0 層自由薄膜的表面能、功函數(shù)、層間距、對(duì)氫原子的吸附能和吸附高度隨層厚變化的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明這些性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)( Q u a n t u m S i z eE f f e c t s

4、) 。本文重點(diǎn)計(jì)算分析了鋰和鎂的自由薄膜。得出了以下主要結(jié)論：1 ．可以用基于自由電子模型的費(fèi)米波長(zhǎng)與層厚的匹配關(guān)系解釋薄膜表面能振蕩的周期。2 ．薄膜的表面能和吸附氫原子吸附能與吸附高度隨層厚變化的振蕩都是由體系費(fèi)米能級(jí)處的態(tài)密度的振蕩引起的。而費(fèi)米能級(jí)處態(tài)密度的振蕩是由費(fèi)米能級(jí)以上的空態(tài)穿越費(fèi)米能級(jí)變?yōu)檎紦?jù)態(tài)所致。3 ．吸附到金屬表面的氫原子的出現(xiàn)使電子由表層金屬原子轉(zhuǎn)移到氫原子，形成表面電偶極距，提高了體系的費(fèi)米能級(jí)，從而降低了體