第一性原理计算钛酸铅a位掺杂对其负热膨胀性的影响

近年来，实验发现钛酸铅基材料具有负热膨胀性，且其热膨胀程度会受到掺杂元素的影响.目前所研究的a位掺杂体系中，仅cd原子掺杂能使钛酸铅负热膨胀性增强.所以研究a位掺杂钛酸铅，比较cd原子与其他原子在掺杂钛酸铅时化学键的异同，有助于深刻理解钛酸铅负热膨胀的本质.本文利用第一性原理，分别优化了sr、ba、cd掺杂钛酸铅的晶格常数，计算了它们的态密度和电荷密度.结果表明cd―o键的共价性强于pb―o键，而ba―o键和sr―o键几乎呈离子性，ba/sr对pb的替代削弱了化合物的共价性，降低了自发极化强度.与实验测量的热膨胀系数对比可以发现，a位原子与氧原子之间的共价性增强，化合物负热膨胀程度升高；若a位原子与氧原子之间的共价性削弱，负热膨胀程度降低.可见a位原子与氧原子之间的共价性影响了钛酸铅基化合物负热膨胀性.