[发明专利]一种计算ABO3钙钛矿稳定结构及性能的计算方法

权利要求书

1.一种计算ABO3钙钛矿稳定结构及性能的计算方法，首先遵照一定的方法步骤对选取的在元素周期表中特定位置的元素构建ABO3为钙钛矿型材料稳定模型，计算并分析比较不同ABO3结构形成能，声子谱，从热力学和热动力学方向上分别得出该结构的稳定性如何，再分别计算其电子结构得出其光电基本性能，本发明采取的技术方案其特征在于，其步骤包括：

(1)ABO3型钙钛矿的结构为简立方晶格，每个布拉格晶胞有5个原子，空间群Pm-3m(221)，其中B占据立方晶格的体心位置，A占据立方晶格的8个顶点位置，晶胞的6个面心位置由O离子占据，能否形成稳定的ABO3结构主要取决于不同元素结合时的离子半径大小，遵从以下规则：

上述式中R_A、R_B、R_O分别是占据A顶点位、B体心位和O原子的相应价态的离子半径t为容忍因子，取值在0.78～1.10之间；

(2)对第二主族元素(Be/Mg/Ga/Sr/Ba)，通过查文献、查表方式获取各个元素的原子半径大小为1.13，1.60，1.97，2.15，2.24及+2价态的离子半径大小分别为：0.17，0.49，0.99，1.12，1.34；+4价过渡金属元素(Ti/Zr/Ha)，原子半径大小为1.40，1.60，1.59及+4价态的离子半径大小分别为：0.53，0.72，0.71；O元素原子半径0.66，-2价离子半径1.21；

(3)根据各原子价态的离子半径大小，为使得所构建的ABO3型钙钛矿的结构t容忍因子取值在限定范围内，经计算发现A、B的位置对不同的元素组合一般有特定的固定结构，不可以随意调换；

(4)经多次计算，经验给出一般步骤先比较离子半径大小，若组合离子半径大小相差不大，则碱金属元素和过渡金属元素的两种占位方式都有可能，需要分别建立晶胞去计算；半径若离子半径差值大小大于0.2以上，则半径大的占据顶点A位，半径小的占据体心B位，O原子占据晶胞的6个面面心始终不变；

(5)过渡金属元素选用Zr元素，对第二主族(Be/Mg/Ga/Sr/Ba)五种元素分别组合成ABO3型钙钛矿的结构，由于Zr离子半径为0.72，介于Mg/Ga之间，且半径差值都在0.2以上，因此通过直接比较离子半径大小的方式筛选出能组合构成几何结构稳定钙钛矿结构；

(6)五种第二主族元素能分别与Zr元素组合只能组合出五种稳定的ABO3钙钛矿结构：分别为ZrBeO₃、ZrMgO₃、CaZrO₃、SrZrO₃、BaZrO₃，各种结构的AB位选择唯一，其他的组合在几何结构构型上不能稳定存在；

(7)第二主族元素选择Mg与Zr组合的钙钛矿结构，其中Mg占据体心位，Zr占据顶点位，O占据面心位；

(8)确定好几何占位稳定的可能化合物后，需要对其分别建模，找出可能的能量最低构型；

(9)对于ZrBeO₃、ZrMgO₃、CaZrO₃、SrZrO₃、BaZrO₃几种化合物，实验可实现CaZrO₃的制备，通过实验制备的钙钛矿结构CaZrO₃的晶胞参数来获得其他化合物的初始参数；

(10)取摩尔百分比相同的CaO-ZrO₂粉末混合，经过球磨，溶解，烘干，并于2500左右摄氏度高温下缓慢长成晶体；

(11)将晶体破碎，研磨成1～10000nm粗细的粉末，粉末样品进行x-ray射线衍射；

(12)采集实验样品的x-ray衍射数据，将该数据信息文件通过通用数据端口传递给Masterial Studio软件；

(13)在Masterial Studio软件中，选用reflex tools模块，对实验数据进行除背景，平滑处理；

(14)使用powder index功能进行主峰标定，参数取系统默认值；

(15)使用powder solve模块，对标定并精修处理过的实验衍射谱线谱计算，得出原始晶胞晶格常数为a＝b＝c＝0.4160nm；

(16)此晶胞模型需要密度泛函理论进行结构优化，选用MasterialStudio软件包中的CASTEP模块，进行结构优化；

(17)选用局域密度近似LDA方法，交换关联函数选用CA-PZ，设置总能量最低收敛标准为1×10-6eV/atom，内应力小于0.05Gpa，位移小于0.0001nm，最大力场小于0.03ev，优化后的简立方晶胞的晶格常数为a＝b＝c＝0.4062nm；

(18)从多次的此类计算中，得出经验，0.4000nm的大小作为同主族其他化合物简立方晶胞晶格常数的初始数值。