[發明專利]金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法及系統

在審

• 申請號: 202310151520.1
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116206707A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 段瑋;郭廣致;孫浩飛;高健;趙學風;蒲路;林濤;琚澤立;侯喆;王辰曦;鄧軍波
• 申請（專利權）人: 國網陜西省電力有限公司電力科學研究院;國網(西安)環保技術中心有限公司
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C10/00;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面模型；其中，所述金屬/聚合物界面模型包括聚合物分子鏈結構模型和金屬表面結構模型，所述聚合物分子鏈結構模型置入所述金屬表面結構模型；

基于第一性原理、所述聚合物分子鏈結構模型和所述金屬/聚合物界面模型，獲取金屬表面功函數、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能；

基于獲得的金屬表面功函數、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能，按照能帶理論中金屬/絕緣材料電荷注入勢壘的定義計算獲得金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘。

2.根據權利要求1所述的一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法，其特征在于，所述根據待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面模型的步驟具體包括：

根據待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，依據聚合物分子化學式，建立聚合度在2～n之間的初始聚合物分子鏈結構模型；對所述初始聚合物分子鏈結構模型進行第一性原理的優化，獲取聚合物分子鏈結構模型；對金屬晶胞進行切胞，建立2～m層金屬結構，并添加長度大于優化后聚合物分子長度的真空層形成金屬表面結構模型；

在所述金屬表面結構模型的真空層中置入所述聚合物分子鏈結構模型，獲得金屬/聚合物界面模型；其中，置入的方式為令聚合物分子鏈的骨架與金屬表面成0°～90°夾角。

3.根據權利要求2所述的一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法，其特征在于，所述根據待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面模型的步驟中，采用的軟件工具是Materials?Studio軟件。

4.根據權利要求1所述的一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法，其特征在于，所述基于第一性原理、所述聚合物分子鏈結構模型和所述金屬/聚合物界面模型，獲取金屬表面功函數、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能的步驟具體包括：

使用以密度泛函理論為基礎的第一性原理計算軟件Quantum?Espresso的pw.x模塊，對金屬/聚合物界面模型進行結構優化及單點能計算，得到熱力學穩定的金屬/聚合物界面模型的波函數數據以及費米能級；使用第一性原理計算軟件Quantum?Espresso的pp.x模塊對得到的金屬/聚合物界面模型波函數數據進行后處理，得到三維格點形式的靜電勢數據；對靜電勢數據沿垂直于界面的方向取平均值，得到金屬/聚合物界面模型的平面平均靜電勢分布；根據金屬/聚合物界面模型的平面平均靜電勢分布，計算得到金屬表面功函數及真空能級差；其中，真空能級差為金屬側與聚合物側真空能級的差值；金屬表面功函數為金屬側真空能級與費米能級的差值；

聚合物電子親和能及電離能的計算表達為，

EA＝E_中-E_負；

IP＝E_正-E_中；

式中，EA為聚合物電子親和能；IP為聚合物電離能；E_中、E_負及E_正分別為聚合物分子鏈結構模型處于中性狀態、帶一個負電荷及帶一個正電荷時的能量。

5.根據權利要求1所述的一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法，其特征在于，所述基于獲得的金屬表面功函數、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能，按照能帶理論中金屬/絕緣材料電荷注入勢壘的定義計算獲得金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的步驟中，

所述電荷注入勢壘包括電子及空穴注入勢壘；電子及空穴注入勢壘的計算表達式分別為，

式中，φ_e為電子注入勢壘；φ_h為空穴注入勢壘；ψ_m為金屬功函數；為真空能級差；EA為聚合物電子親和能；IP為聚合物電離能。