نوع مقاله : پژوهشی
نویسنده
هیات علمی پیام نور
چکیده
در این پژوهش، مهاجرت یون لیتیوم و نقش نقصهای نقطهای در ساختار مونوکلینیک Li₂TiO₃ با استفاده از شبیهسازی محاسباتی مبتنی بر نظریه تابعی چگالی بررسی شد. ساختار بلوری این ترکیب در گروه فضایی C2/m بهینهسازی گردید و نتایج محاسبات ساختار الکترونی نشان داد که Li₂TiO₃ خالص دارای رفتار نیمهرسانا با گاف نواری مستقیم حدود 2.90 الکترونولت است که عمدتاً از هیبرید اوربیتالهای O‑2p در نوار ظرفیت و Ti‑3d در نوار رسانش ناشی میشود.
به منظور بررسی اثر نقصها بر فرآیند نفوذ یون لیتیوم، چندین نقص نقطهای شامل تکجایخالی لیتیوم، دو جایخالی لیتیوم و کمپلکس جایخالی لیتیوم–اکسیژن در ساختار ایجاد شد. نتایج محاسبات ساختار نواری و چگالی حالتها نشان داد که ایجاد این نقصها منجر به ظهور ترازهای موضعی در نزدیکی سطح فرمی شده و در نتیجه رسانایی الکترونی سیستم افزایش مییابد. همچنین انرژی تشکیل نقصها برای ارزیابی پایداری نسبی ساختارهای معیوب محاسبه و با یکدیگر مقایسه شد.
برای مطالعه مکانیسم مهاجرت لیتیوم، مسیرهای نفوذ با استفاده از روش نوار الاستیک جهشی بررسی شد. نتایج نشان داد که سه مسیر مهاجرت با سدهای فعالسازی حدود 0.886، 1.09 و 1.20 الکترونولت وجود دارد. تحلیل حالت گذار نشان میدهد که سد مهاجرت عمدتاً توسط محیط هماهنگی Li–O کنترل میشود، در حالی که برهمکنشهای Li–Ti نقش ثانویهای در تنظیم کانالهای نفوذ دارند. در مجموع، این نتایج نشان میدهد که هندسه موضعی شبکه و مهندسی نقصها میتوانند مسیرهای مهاجرت و سدهای انرژی یون لیتیوم در Li₂TiO₃ را کنترل کرده و به درک بهتر مکانیزم نفوذ و طراحی مواد با رسانایی یونی بهبود یافته کمک کنند.
کلیدواژهها
)