NiCl 2 晶体生长的数值模拟

Abstract

利用剑桥总能量连续软件包(CASTEP)程序,采用密度泛函理论(DFT)对NiCl2晶体(003), (101), (104), (018)和(113)面真空slab模型进行了总能量、表面能以及能带结构和态密度的计算,采用布拉维法则和唐纳-哈克定律(BFDH)形貌预测方法对氯化镍晶体形貌及其各晶面生长习性进行了计算.收敛性测试结果表明真空层厚度为0.6 nm及模型厚度为3层原子对表面能计算影响较小. DFT计算结果显示,当氯化镍晶体以(003)面为主要显露面时,能量状态较为稳定,而以(101), (104), (018)和(113)面显露较多时,则能量稳定性较差. (003)面的前线价电子较为活跃,其晶面可能存在与溶液中离子、分子或是晶体生长基元发生键合的活性点,能隙较大说明该面内层电子较为稳定.能带结构和态密度图分析显示(003)面费米能级附近能量较高的能带数量少于其它晶面,再次证明其为主要显露面时体系热力学性质较为稳定. BFDH对氯化镍晶体形貌的计算成功预测了显露面族(003)和(101),并且(003)面是最重要晶面.计算结果表明,氯化镍晶胞和各表面真空slab模型的生长习性存在差异,氯化镍晶胞、(003)、(101)和(113)面slab模型均趋向于生长为六棱柱或六角板状晶体, (104)和(018)面slab模型则趋向于生长为棒状晶体.