[發明專利]一種氧化鋅/石墨炔復合材料電容特性的仿真方法

有效

• 申請號: 201810225478.2
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108509760B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王科云;贠江妮;張艷妮;楊芷;張志勇;趙武;閆軍鋒;王雪文
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G16C20/80
• 代理公司: 西安泛想力專利代理事務所(普通合伙) 61260
• 代理人: 張濤

本發明提供了一種氧化鋅/石墨炔復合材料電容特性的仿真方法，并對其能帶結構以及電容特性進行了計算分析。采用基于密度泛函理論的第一性原理，首先分別構建并優化單層氧化鋅和β相石墨炔的晶胞模型，再建立二者范德瓦爾斯力結合的高對稱復合模型，最后研究了復合體系在外加電場作用下的相關特性。本發明首次構建出氧化鋅與石墨炔范德瓦耳斯力結合的復合模型，闡述了形成復合體系前后能帶的變化；揭示了外加電場作用下，復合體系能帶與結合能的變化規律；并計算了復合體系的比電容值，為開發新型納米電容器奠定了理論基礎。

技術領域

本發明屬于材料學領域，具體涉及一種氧化鋅/石墨炔復合材料電容特性的仿真方法，特別的為一種氧化鋅/石墨炔復合材料的構建、外加電場作用下體系能帶、結合能的變化規律分析以及體系電容值的計算。

背景技術

近年來，隨著能源需求的不斷增長，與之對應的能源存儲技術成為當代社會所面臨的巨大挑戰。電容器作為一種典型的能量存儲器件，對新能源的開發與利用起到了重要作用，然而隨著典型器件尺寸的進一步縮小，高效、低尺寸的納米電容器引起了人們的重視。所謂的納米電容器，指的是納米結構的靜電電容器，以二維材料作為電極，電子局域在單層的納米層中，兩個電極層的間距處于納米尺度之下。由于納米電容器具有高縱橫比的納米結構，因此它有著非常高的突發功率以及優秀的能量存儲能力，這對于先進的儲能技術而言非常關鍵。利用單層氧化鋅良好的化學穩定性以及高的比表面積，結合石墨炔優秀的導電性，組成復合材料，可以在納米尺度下，得到較高的比電容值。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種氧化鋅/石墨炔復合材料電容特性的仿真方法，其為氧化鋅/石墨炔復合材料的構建、外加電場作用下體系能帶、結合能的變化規律分析以及體系電容值的計算。

為解決上述問題，本發明采取的技術方案為：

一種氧化鋅/石墨炔復合材料電容特性的仿真方法，

包括如下步驟：

1)采用數據采集模塊采集用于被Masterial?Studio?8.0軟件進行識別和計算的數據信息文件，將該數據信息文件通過通用數據端口傳遞給Masterial?Studio?8.0軟件；

2)在Masterial?Studio?8.0軟件中，分別建立單層ZnO和β-Graphyne模型，通過Masterial?Studio?8.0軟件包中的CASTEP模塊描述價電子與原子核之間的相互作用，并處理電子和電子之間相互作用的交換相關能，使得作用在每個原子上的力小于體系總能量收斂標準為1×10^-5eV/atom，內應力小于0.05Gpa，位移小于此外，在垂直于平面的Z方向上真空層厚度設為從而避免由于周期性引入的層間相互作用；

3)采用步驟2)中優化好的單層ZnO和β-Graphyne模型，構建ZnO/β-Graphyne范德瓦耳斯力結合的復合模型，并對其進行結構優化，模塊選擇與收斂標準同步驟2)，將初始層間距設置為

對優化好的模型進行能帶計算與分析，選擇高對稱路徑：

Γ(0，0，0)--K(-0.333，0.667，0)--M(0，0.5，0)-Γ(0，0，0)；對復合模型分別施加且以為間隔變化的電場，電場以石墨炔指向ZnO為正方向，獲取外加電場作用下體系能帶的變化規律并計算體系的電容值。

進一步地，在步驟2)中，單層ZnO模型優化時，參數采用6×6×1的K網格點對布里淵區進行求和，選擇平面波截止能為400eV。

進一步地，在步驟2)中，β-Graphyne模型優化時，參數采用8×8×1的K網格點對布里淵區進行求和，選擇平面波截止能為380eV。

進一步地，所述單層ZnO與β-Graphyne的晶格比為1∶3。