[发明专利]一种氧化锌/石墨炔复合材料电容特性的仿真方法

说明书

本发明提供了一种氧化锌/石墨炔复合材料电容特性的仿真方法，并对其能带结构以及电容特性进行了计算分析。采用基于密度泛函理论的第一性原理，首先分别构建并优化单层氧化锌和β相石墨炔的晶胞模型，再建立二者范德瓦尔斯力结合的高对称复合模型，最后研究了复合体系在外加电场作用下的相关特性。本发明首次构建出氧化锌与石墨炔范德瓦耳斯力结合的复合模型，阐述了形成复合体系前后能带的变化；揭示了外加电场作用下，复合体系能带与结合能的变化规律；并计算了复合体系的比电容值，为开发新型纳米电容器奠定了理论基础。

技术领域

本发明属于材料学领域，具体涉及一种氧化锌/石墨炔复合材料电容特性的仿真方法，特别的为一种氧化锌/石墨炔复合材料的构建、外加电场作用下体系能带、结合能的变化规律分析以及体系电容值的计算。

背景技术

近年来，随着能源需求的不断增长，与之对应的能源存储技术成为当代社会所面临的巨大挑战。电容器作为一种典型的能量存储器件，对新能源的开发与利用起到了重要作用，然而随着典型器件尺寸的进一步缩小，高效、低尺寸的纳米电容器引起了人们的重视。所谓的纳米电容器，指的是纳米结构的静电电容器，以二维材料作为电极，电子局域在单层的纳米层中，两个电极层的间距处于纳米尺度之下。由于纳米电容器具有高纵横比的纳米结构，因此它有着非常高的突发功率以及优秀的能量存储能力，这对于先进的储能技术而言非常关键。利用单层氧化锌良好的化学稳定性以及高的比表面积，结合石墨炔优秀的导电性，组成复合材料，可以在纳米尺度下，得到较高的比电容值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氧化锌/石墨炔复合材料电容特性的仿真方法，其为氧化锌/石墨炔复合材料的构建、外加电场作用下体系能带、结合能的变化规律分析以及体系电容值的计算。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

一种氧化锌/石墨炔复合材料电容特性的仿真方法，

包括如下步骤：

1)采用数据采集模块采集用于被Masterial Studio 8.0软件进行识别和计算的数据信息文件，将该数据信息文件通过通用数据端口传递给Masterial Studio 8.0软件；

2)在Masterial Studio 8.0软件中，分别建立单层ZnO和β-Graphyne模型，通过Masterial Studio 8.0软件包中的CASTEP模块描述价电子与原子核之间的相互作用，并处理电子和电子之间相互作用的交换相关能，使得作用在每个原子上的力小于体系总能量收敛标准为1×10^-5eV/atom，内应力小于0.05Gpa，位移小于此外，在垂直于平面的Z方向上真空层厚度设为从而避免由于周期性引入的层间相互作用；

3)采用步骤2)中优化好的单层ZnO和β-Graphyne模型，构建ZnO/β-Graphyne范德瓦耳斯力结合的复合模型，并对其进行结构优化，模块选择与收敛标准同步骤2)，将初始层间距设置为

对优化好的模型进行能带计算与分析，选择高对称路径：

Γ(0，0，0)--K(-0.333，0.667，0)--M(0，0.5，0)-Γ(0，0，0)；对复合模型分别施加且以为间隔变化的电场，电场以石墨炔指向ZnO为正方向，获取外加电场作用下体系能带的变化规律并计算体系的电容值。

进一步地，在步骤2)中，单层ZnO模型优化时，参数采用6×6×1的K网格点对布里渊区进行求和，选择平面波截止能为400eV。

进一步地，在步骤2)中，β-Graphyne模型优化时，参数采用8×8×1的K网格点对布里渊区进行求和，选择平面波截止能为380eV。

进一步地，所述单层ZnO与β-Graphyne的晶格比为1∶3。