[發明專利]金屬氧化物界面調控的方法

有效

• 申請號: 201710903506.7
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107704676B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 孫文明;張艷鵬;劉靜;汪洪
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 11348 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王偉鋒;劉鐵生

本發明是關于一種金屬氧化物界面調控的方法，包括，獲取兩種氧化物的晶胞構型，采用兩種晶胞構型構建氧化物界面模型；計算所述的氧化物界面模型的錯配度，當所述的錯配度大于n％時，則調整晶胞構型，利用調整后的晶胞構型構建第一氧化物界面，獲取所述的第一氧化物界面的物理性質；當所述的錯配度小于或等于n％時，則向所述的氧化物界面中摻雜適格元素，構建第二氧化物界面，獲取所述的第二氧化物界面的物理性質。本發明提供了一種利用計算機模擬技術和數據挖掘技術、通過原子替換摻雜調控晶格常數以降低界面應力的設計方法，該方法對金屬氧化物薄膜和涂層制備具有重要的指導意義。

技術領域

本發明涉及界面材料技術領域，特別是涉及一種基于密度泛函方法和數據挖掘技術的金屬氧化物界面模型中內應力調控的設計方法。

背景技術

近年來，隨著先進的外延薄膜生長技術的發展，在實驗研究上，利用分子束外延和脈沖激光沉積技術，可以制備出具有原子級平整的薄膜結構，過渡金屬氧化物界面得到了廣泛的研究正在成為凝聚態物理與材料科學研究的熱點之一。通過構建不同的異質結構可以實現奇異的、有別于塊材的物理性質，使得金屬氧化物界面結果在科技創新上具有廣闊的應用前景。

良好的界面附著力是界面材料應用于薄膜及涂層領域是必須要考慮的力學性能指標，利用計算機模擬研究金屬氧化物界面間附著力具有重要的理論意義和實踐意義。通過實驗設計和研究未知界面間附著力受操作調劑、檢測技術和采樣間隔等因素的影響，操控困難且制備-測試周期較長，而計算機模擬技術可以便捷實現對未知界面結構附著力的預測。界面應力是影響界面附著強度的重要因素，而界面內應力主要來源于構成界面的金屬氧化物間不同的晶格常數進而引起的晶格錯配。通過在金屬氧化物中引入外來原子進行摻雜，可以有效改變晶格常數進而可以實現對晶格錯配度與界面應力的調控，而如何選取合適的摻雜元素就成為了解決問題的關鍵。以往的研究中往往采用“試錯法”，缺乏系統的理論指導，研制周期長能源消耗大且命中率較低很難滿足當今社會對新材料研發的要求；近年來，在國際上流行的材料基因組的推動下，高通量理論計算成為解決這一問題的方案，但高通量理論計算對計算資源要求較高，限制了其應用。

發明內容

本發明的主要目的在于，提供一種金屬氧化物界面調控的方法，基于目前實驗上膜層設計與制備技術，發明了結合密度泛函理論計算與數據挖掘技術的一種金屬氧化物界面模型中應力調控的設計方法，可實現低計算消耗的前提下有效預測篩選特征元素，并對晶格常數、錯配度及內應力實現有效調控。該方法對金屬氧化物界面薄膜及涂層的實驗制備具有重要的指導意義。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。

依據本發明提出的一種金屬氧化物界面調控的方法，包括，獲取第一氧化物的第一晶胞構型和第二氧化物的第二晶胞構型，采用所述的第一晶胞構型和所述的第二晶胞構型構建氧化物界面模型；計算所述的氧化物界面模型的錯配度，當所述的錯配度大于n％時，則調整所述的第一晶胞構型和/或所述的第二晶胞構型，調整后構建第一氧化物界面，獲取所述的第一氧化物界面的物理性質；當所述的錯配度小于或等于n％時，則向所述的氧化物界面中摻雜適格元素，構建第二氧化物界面，獲取所述的第二氧化物界面的物理性質。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

優選的，前述的一種金屬氧化物界面調控的方法，其中所述的適格元素的確定方法包括，將所述的第一晶胞構型或第二晶胞構型擴張，得到第一超晶胞構型或第二超晶胞構型，利用密度泛函理論和數據挖掘技術，依次采用不同的待測元素對所述的第一超晶胞構型或第二超晶胞構型中的氧化物進行替換，篩選出第一適格元素；將所述的第一晶胞構型或第二晶胞構型切割，獲得晶胞表面，將所述的晶胞表面擴張，得到超晶胞表面，將所述的第一適格元素引入所述的超晶胞表面，篩選出未在超晶胞表面中偏析的第二適格元素；采用超晶胞表面、未擴張的晶胞表面、第二適格元素構建氧化物超晶胞表面模型，得到所述的第二氧化物界面。