聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

程和平 陈光华 覃睿 但加坤 黄智蒙 彭辉 陈图南 雷江波

引用本文: 程和平, 陈光华, 覃睿, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈图南, 雷江波. 聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 281-288. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312171 shu
Citation:  CHENG He-Ping, CHEN Guang-Hua, QIN Rui, DAN Jia-Kun, HUANG Zhi-Meng, PENG Hui, CHEN Tu-Nan, LEI Jiang-Bo. Electronic Structures and Optical Properties of Poly(vinylidene fluoride) Crystals[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 281-288. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312171 shu

聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(11272298,11204281),国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(U1230128) (11272298,11204281),国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(U1230128)

    中国工程物理研究院科学技术发展基金(2013B0102003)资助项目 (2013B0102003)

摘要:

利用含Tkatchenko-Scheffler(TS)色散修正的密度泛函理论的第一性原理方法对九种聚偏二氟乙烯(PVDF)晶相的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明,PVDF晶体作为一种绝缘体,能带具有密集且平直等特征,其带隙值在6.05-7.34 eV之间,且和实验值接近. 价带主要是F原子的2s和2p态起主要贡献,导带主要由C原子的2p态和H原子的1s态共同参与构成. 在0-35 eV光子能量范围内,介电函数、吸收率、反射率和折射率等光学性质发生变化主要在深紫外区域. 根据介电函数等光学参数的谱特点,可以将九种PVDF的晶相划分为{Ⅰp},{Ⅱpu},{Ⅱau,Ⅱad,Ⅱpd,Ⅲpu},{Ⅲau,Ⅲad,Ⅲpd}等四类,每一类都具有相似的光学参数特点.

English

    1. [1]

      (1) Wood, K. A.; Cypcar, C.; Hedhli, L. J. Fluorine Chem. 2004,104, 63.

      (1) Wood, K. A.; Cypcar, C.; Hedhli, L. J. Fluorine Chem. 2004,104, 63.

    2. [2]

      (2) Wang, Z. Y.; Fan, H. Q.; Su, K. H.;Wen, Z. Y. Polymer 2006,47, 7988. doi: 10.1016/j.polymer.2006.09.016(2) Wang, Z. Y.; Fan, H. Q.; Su, K. H.;Wen, Z. Y. Polymer 2006,47, 7988. doi: 10.1016/j.polymer.2006.09.016

    3. [3]

      (3) Wang, Z. Y.; Fan, H. Q.; Su, K. H.;Wang, X.;Wen, Z. Y.Polymer 2007, 48, 3226. doi: 10.1016/j.polymer.2007.04.015(3) Wang, Z. Y.; Fan, H. Q.; Su, K. H.;Wang, X.;Wen, Z. Y.Polymer 2007, 48, 3226. doi: 10.1016/j.polymer.2007.04.015

    4. [4]

      (4) Xiao, J. J. Studies on the Structures and Properties ofHeterocyclic Nitramine High Energy Compounds and RelatedMixtures. Ph.D. Dissertation, Nanjing University of Science andTechnology, Nanjing, 2004. [肖继军. 环杂硝胺高能化合物和相关混合体的结构-性能研究[D]. 南京: 南京理工大学,2004.](4) Xiao, J. J. Studies on the Structures and Properties ofHeterocyclic Nitramine High Energy Compounds and RelatedMixtures. Ph.D. Dissertation, Nanjing University of Science andTechnology, Nanjing, 2004. [肖继军. 环杂硝胺高能化合物和相关混合体的结构-性能研究[D]. 南京: 南京理工大学,2004.]

    5. [5]

      (5) Nie, F. D.; Liu, J.; Li, J. S.; Huang, H.; Zhao, X. P.; Li, Y. S.;Fan, Z. Y. Acta Chim. Sin. 2006, 64, 2414. [聂福德, 刘健,李金山, 黄辉, 赵晓平, 李越生, 范仲勇, 化学学报, 2006, 64,2414.](5) Nie, F. D.; Liu, J.; Li, J. S.; Huang, H.; Zhao, X. P.; Li, Y. S.;Fan, Z. Y. Acta Chim. Sin. 2006, 64, 2414. [聂福德, 刘健,李金山, 黄辉, 赵晓平, 李越生, 范仲勇, 化学学报, 2006, 64,2414.]

    6. [6]

      (6) Sato, T.; Ishikawa, H.; Ikeda, O. Appl. Optics 1982, 21, 3664.(6) Sato, T.; Ishikawa, H.; Ikeda, O. Appl. Optics 1982, 21, 3664.

    7. [7]

      (7) Sato, T.; Ishikawa, H.; Ikeda, O. Appl. Optics 1980, 19, 1430.(7) Sato, T.; Ishikawa, H.; Ikeda, O. Appl. Optics 1980, 19, 1430.

    8. [8]

      (8) Sato, T.; Ueda, Y.; Ikeda, O. Appl. Optics 1981, 20, 343.(8) Sato, T.; Ueda, Y.; Ikeda, O. Appl. Optics 1981, 20, 343.

    9. [9]

      (9) Abolhassani, M. D.; Hejazi, M.; Ahmadian, A.; Amjadi, A.Chin. Opt. Lett. 2005, 3, 593.(9) Abolhassani, M. D.; Hejazi, M.; Ahmadian, A.; Amjadi, A.Chin. Opt. Lett. 2005, 3, 593.

    10. [10]

      (10) Ishigure, T.; Aruga, Y.; Koike, Y. J. Lightwave Technol. 2007,25, 335. doi: 10.1109/JLT.2006.886666(10) Ishigure, T.; Aruga, Y.; Koike, Y. J. Lightwave Technol. 2007,25, 335. doi: 10.1109/JLT.2006.886666

    11. [11]

      (11) Hasegawa, R.; Takahashi, Y.; Chatani, Y.; Tadokoro, H. Polym. J. 1972, 3, 600. doi: 10.1295/polymj.3.600(11) Hasegawa, R.; Takahashi, Y.; Chatani, Y.; Tadokoro, H. Polym. J. 1972, 3, 600. doi: 10.1295/polymj.3.600

    12. [12]

      (12) Takahashi, Y.; Matsubara, Y.; Tadokoro, H. Macromolecules1983, 16, 1588. doi: 10.1021/ma00244a007(12) Takahashi, Y.; Matsubara, Y.; Tadokoro, H. Macromolecules1983, 16, 1588. doi: 10.1021/ma00244a007

    13. [13]

      (13) Takahashi, Y.; Tadokoro, H. Macromolecules 1980, 13, 1316.doi: 10.1021/ma60077a056(13) Takahashi, Y.; Tadokoro, H. Macromolecules 1980, 13, 1316.doi: 10.1021/ma60077a056

    14. [14]

      (14) Weinhold, S.; Litt, M. H.; Lando, J. B. Macromolecules 1983,13, 1178.(14) Weinhold, S.; Litt, M. H.; Lando, J. B. Macromolecules 1983,13, 1178.

    15. [15]

      (15) Bachmann, M.; rdon,W. L.;Weinhold, S.; Lando, J. B.J. Appl. Phys. 1980, 51, 5095. doi: 10.1063/1.327425(15) Bachmann, M.; rdon,W. L.;Weinhold, S.; Lando, J. B.J. Appl. Phys. 1980, 51, 5095. doi: 10.1063/1.327425

    16. [16]

      (16) Doll,W.W.; Lando, J. B. J. Macromol. Sci. B 1970, 4, 309. doi: 10.1080/00222347008212505(16) Doll,W.W.; Lando, J. B. J. Macromol. Sci. B 1970, 4, 309. doi: 10.1080/00222347008212505

    17. [17]

      (17) Karasawa, N.; ddard,W. A., III. Macromolecules 1992, 25,7268. doi: 10.1021/ma00052a031(17) Karasawa, N.; ddard,W. A., III. Macromolecules 1992, 25,7268. doi: 10.1021/ma00052a031

    18. [18]

      (18) Pei, Y.; Zeng, X. C. J. Appl. Phys. 2011, 109, 093514. doi: 10.1063/1.3574653(18) Pei, Y.; Zeng, X. C. J. Appl. Phys. 2011, 109, 093514. doi: 10.1063/1.3574653

    19. [19]

      (19) Tashiro, K.; Abe, Y.; Kobayashi, M. Ferroelectrics 1995, 171,281. doi: 10.1080/00150199508018440(19) Tashiro, K.; Abe, Y.; Kobayashi, M. Ferroelectrics 1995, 171,281. doi: 10.1080/00150199508018440

    20. [20]

      (20) Li, J. C.;Wang, C. L.; Yang, K.;Wang, X. Y.; Zhao, M. L.;Zhang, J. L. Integ. Ferroelectr. 2006, 78, 27. doi: 10.1080/10584580600657054(20) Li, J. C.;Wang, C. L.; Yang, K.;Wang, X. Y.; Zhao, M. L.;Zhang, J. L. Integ. Ferroelectr. 2006, 78, 27. doi: 10.1080/10584580600657054

    21. [21]

      (21) Su, H. B.; Strachan, A.; ddard,W. A., III. Phys. Rev. B 2004,70, 064101.(21) Su, H. B.; Strachan, A.; ddard,W. A., III. Phys. Rev. B 2004,70, 064101.

    22. [22]

      (22) Heo,W. J.; Kim,W. J.; Shin, Y. H.; Lee, E. K. Phys. Status Solidi-Rapid Res. Lett. 2012, 6, 217. doi: 10.1002/pssr.v6.5(22) Heo,W. J.; Kim,W. J.; Shin, Y. H.; Lee, E. K. Phys. Status Solidi-Rapid Res. Lett. 2012, 6, 217. doi: 10.1002/pssr.v6.5

    23. [23]

      (23) Duan, C. G.; Mei,W. N.; Yin,W. G.; Liu, J. J.; Hardy, J. R.; Bai,M. J.; Ducharme, S. J. Phys.: Condes. Matter 2003, 15, 3805.doi: 10.1088/0953-8984/15/22/314(23) Duan, C. G.; Mei,W. N.; Yin,W. G.; Liu, J. J.; Hardy, J. R.; Bai,M. J.; Ducharme, S. J. Phys.: Condes. Matter 2003, 15, 3805.doi: 10.1088/0953-8984/15/22/314

    24. [24]

      (24) Indolia, A. P.; Gaur, M. S. J. Polym. Res. 2013, 20, 43. doi: 10.1007/s10965-012-0043-y(24) Indolia, A. P.; Gaur, M. S. J. Polym. Res. 2013, 20, 43. doi: 10.1007/s10965-012-0043-y

    25. [25]

      (25) Clark, S. J.; Segall, M. D.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Probert,M. J.; Refson, K.; Payne, M. C. Z. Kristallogr. 2005, 220, 567.(25) Clark, S. J.; Segall, M. D.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Probert,M. J.; Refson, K.; Payne, M. C. Z. Kristallogr. 2005, 220, 567.

    26. [26]

      (26) Pfrommer, B. G.; Cote, M.; Louie, S. G.; Cohen, M. L.J. Comput. Phys. 1997, 131, 133.(26) Pfrommer, B. G.; Cote, M.; Louie, S. G.; Cohen, M. L.J. Comput. Phys. 1997, 131, 133.

    27. [27]

      (27) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996,77, 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865(27) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996,77, 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865

    28. [28]

      (28) Tkatchenko, A.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2009, 102,073005. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.073005(28) Tkatchenko, A.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2009, 102,073005. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.073005

    29. [29]

      (29) Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188(29) Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188

    30. [30]

      (30) Huang, K. Solid Physics; Higher Education Press: Beijing,2002; p 439. [黄昆. 固体物理学. 北京: 高等教育出版社,2002: 439.](30) Huang, K. Solid Physics; Higher Education Press: Beijing,2002; p 439. [黄昆. 固体物理学. 北京: 高等教育出版社,2002: 439.]

    31. [31]

      (31) Lin, J. Q.; Ni, H. F.;Wang, C.; Lei, Q. Q. Acta Optica Sinica2010, 30, 3239. [林家齐, 倪海芳, 王晨, 雷清泉. 光学学报, 2010, 30, 3239.](31) Lin, J. Q.; Ni, H. F.;Wang, C.; Lei, Q. Q. Acta Optica Sinica2010, 30, 3239. [林家齐, 倪海芳, 王晨, 雷清泉. 光学学报, 2010, 30, 3239.]

    32. [32]

      (32) Cheng, H. P.; Dan, J. K.; Huang, Z. M.; Peng, H.; Chen, G. H.Acta Phys. Sin. 2013, 62, 163102. [程和平, 但加坤, 黄智蒙,彭辉, 陈光华. 物理学报, 2013, 62, 163102.](32) Cheng, H. P.; Dan, J. K.; Huang, Z. M.; Peng, H.; Chen, G. H.Acta Phys. Sin. 2013, 62, 163102. [程和平, 但加坤, 黄智蒙,彭辉, 陈光华. 物理学报, 2013, 62, 163102.]

    33. [33]

      (33) Duan, C.; Mei,W. N.; Hardy, J. R.; Ducharme, S.; Choi, J.;Dowben, P. A. Europhys. Lett. 2003, 61, 81. doi: 10.1209/epl/i2003-00248-2(33) Duan, C.; Mei,W. N.; Hardy, J. R.; Ducharme, S.; Choi, J.;Dowben, P. A. Europhys. Lett. 2003, 61, 81. doi: 10.1209/epl/i2003-00248-2

    34. [34]

      (34) Choi, J.; Dowben, P. A.; Pebley, S.; Bune, A. V.; Ducharme, S.;Fridkin, V. M.; Palto, S. P.; Petukhova, N. Phys. Rev. Lett. 1998,80, 1328. doi: 10.1103/PhysRevLett.80.1328(34) Choi, J.; Dowben, P. A.; Pebley, S.; Bune, A. V.; Ducharme, S.;Fridkin, V. M.; Palto, S. P.; Petukhova, N. Phys. Rev. Lett. 1998,80, 1328. doi: 10.1103/PhysRevLett.80.1328

    35. [35]

      (35) Karasawa, N.; ddard,W. A., III. Macromolecules 1995, 28,6765. doi: 10.1021/ma00124a010(35) Karasawa, N.; ddard,W. A., III. Macromolecules 1995, 28,6765. doi: 10.1021/ma00124a010

    36. [36]

      (36) Bicerano, J. Predictions of Polymer Properties; Marcel Dekker:New York, 2002; pp 324, 355.

      (36) Bicerano, J. Predictions of Polymer Properties; Marcel Dekker:New York, 2002; pp 324, 355.

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文章相关
  • 发布日期:  2014-01-23
  • 收稿日期:  2013-09-11
  • 网络出版日期:  2013-12-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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