(Na1/2Bi1/2)TiO3基无铅压电晶体材料结构与性能关系的第一性原理研究

（Na1/2Bi1/2）TiO3基无铅压电铁电晶体材料具有高压电性能、高居里温度等优点，因而受到高度重视，国内外对该类陶瓷材料做了大量的实验研究，而（Na1/2Bi1/2）TiO3基晶体材料研究较少，尤其缺乏此类晶体材料的压电铁电机理理论研究，本项目将采用第一性原理方法研究(Na1/2Bi1/2)TiO3、(Na1/2Bi1/2)TiO3-BaTiO3及Mn掺杂(Na1/2Bi1/2)TiO3等无铅压电晶体材料的电子结构、总能、声子色散、极化、动态电荷等及其与压电、铁电和介电性能的关系；研究Mn掺杂及空位点缺陷对(Na1/2Bi1/2)TiO3、(Na1/2Bi1/2)TiO3-BaTiO3 晶体压电铁电介电性能的影响机理；探明其压电、铁电和介电性能的微观机理，揭示其功能基元及其相互作用与宏观性能关系；研究结果将为提高此类材料的压电铁电性能提供重要的理论依据，加快无铅压电铁电材料的实用化进

本项目采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了立方相和三方相(Na1/2Bi1/2)TiO3(简称：NBT)及(K1/2Bi1/2)TiO3(简称：KBT)的电子结构、Born有效电荷张量、Γ声子、离子位移势能面等性质；并研究了NBT-KBT和NBT-Mn的电子结构等性质。电子结构和Born有效电荷张量结果表明NBT基材料的价带主要为O 2p、Ti 3d和Bi 6p电子所占据，Ti-O键具有较强的共价性，Bi与O之间也具有共价作用；A位离子Na, Bi和K等对态密度产生影响从而影响压电铁电性能；掺杂离子Mn与O之间为共价作用，其影响其它离子之间的相互作用从而影响压电铁电性能。Γ声子和离子位移势能面的计算结果表明NBT的结构不稳定性主要来自Ti和O离子位移的共同作用，而Bi离子对其结构的稳定性具有一定作用；A位离子的变化对离子和TiO6基团的振动会产生影响，从而影响其压电铁电性能。研究结果将对NBT基无铅压电铁电材料的设计合成提供理论指导。