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结构仿真和Unfluorinated电子和介电性能的研究和氟化1,4内酯

*通信:

Sreepad人力资源研究中心,P.G.物理系,政府学院(自治),隶属于迈索尔大学mandya - 571401,卡纳塔克邦,印度,电话:+ 91 - 9449184109,电子邮件:hrsreepad@gmail.com

文摘

采用基于密度泛函理论计算了在技术上重要的有机材料2,3-dideoxy-d-erythro-hex-2-enono-1, 4-lactone [C6H8O4]。三斜晶系的结构材料的模拟和结构参数= 4.057,发现b = 4.263 a, c = 8.261,α= 88.62°,β= 80.36°,γ= 65.13°。氟化结构参数后发现是一个= 4.156 a, b = 4.488 a, c = 7.652,α= 83.10°,β= 84.51°,γ= 84.82°。电子态密度(奇美拉栖木)一直在计算材料使用的电子结构计算代码quantum-espresso使带隙3.17 eV。氟化后带隙发现3.14 eV。材料的介电常数的值是2.2508,2.4991和2.9935在x, y和z轴分别和平均值是2.58。氟化后复合出来的介电常数为2.3631,2.3547和2.7103在x, y和z轴分别和平均值是2.48。计算声子模式的范围从357 cm - 1 - 3555 cm - 1。氟化后声子模式的范围从300 cm - 1 - 3493 cm - 1。

关键字

1、4-Lactone;采用基于计算;电子态密度(奇美拉栖木);带隙;介电常数;声子模式

介绍

内酯吸引了科学界由于他们的潜在的生物应用1]。冈(2)发现L-gulono-1, 4-lactone氧化酶活动猪苓frondosa。Keates et al。3)发现提取的菌核菌核病sclerotiorum,一个真菌植物病原体,包含两个电化学成分、d-glycero-pent-2-enono-1 4-lactone和5点——(α-d-galactopyranosyl) -d-glycero-pent-2-enono-1 4-lactone。罗宾逊et al。4)提取抗癌倍半萜烯内酯的根源光学披巾。

嗯et al。5)D-arabinono-1, 4-lactone氧化酶获得白色念珠菌写明ATCC 10231。Nishikimi et al。6]研究了人类的非功能基因的克隆和染色体映射L-gulono-gamma-lactone氧化酶,L-ascorbic酸生物合成的酶是失踪的人。Hervas et al。7研究了L-galactonon-1之间的通信,4-lactone脱氢酶和细胞色素c。

Ostergaard et al。8)进行了隔离cDNA编码L-galactono-gamma-lactone脱氢酶,酶参与植物中抗坏血酸的生物合成。Imai et al。9)提取L-galactono-gamma-lactone线粒体脱氢酶的甜土豆块茎状的根。Schertl et al。10)使用L-galactono-1 4-lactone脱氢酶(GLDH)作为催化剂在终端步骤Smirnoff-Wheeler通路的维生素C (L-ascorbate)植物的生物合成。有趣的et al。11)研究的结构2 3-dideoxy-d-erythro-hex-2-enono-1 4-lactone [1, 4-lactone (C6H8O4)]使用x射线衍射。

人们已经发现,任何小修改材料的结构和组成变化将带来足够的材料的属性(12,13]。因此重要的是要研究材料的结构和观察的参数可以改变为技术应用得到更好的材料。采用基于密度泛函理论计算[14]已被证明是一个有效的工具结构的研究,电子和有机材料的介电性能15,16]。有了这个观点,结构1,4内酯(C₆H₈O₄)已经使用计算采用基于密度泛函理论和模拟计算的电子态密度,介电常数和声子模式已经完成,结果已报告摘要。

计算的细节

有几种编码的理论结构仿真(17]。密度泛函理论方法已成为一种行之有效的计算方法。它已被广泛用来到达大量分子的构象系统。的实用性和先进性DFT强烈敏感exchange-correlation函数的不错的选择以及适当的基础设置。

量子咖啡是一个集成的套件的开源计算机代码电子结构计算和材料造型。它是基于密度泛函理论,面波和伪势。作者用平面波自洽场理论(PWSCF) [18]实现的密度泛函理论(DFT),与当地密度近似(LDA) (19]交换相关能源电子和超软的伪势(20.),表示离子核之间的相互作用和价电子。Kohn-Sham波函数代表了平面波的基础上的能源截止30个国家,电荷密度截止180年铁路集成在布里渊区与Monkhorst-Pack采样计划(21)以适当的k点网格和职业的人数上使用Methfessel-Paxton方案(22)扩大为0.03。放松最小化能源结构。

结果与讨论

在目前的研究中,1、4的三斜晶胞内酯首次模拟使用“阿伏伽德罗”23]。之后,原子分子的位置已经被使用在平面波自洽场计算。结构是放松、晶胞参数的优化值从而到达通过最小化能源是;a = 4.057 a, b = 4.263 a, c = 8.261,α= 88.62°,β= 80.36°,γ= 65.13°。“自洽场”的计算是通过使用放松后的最终获得的原子位置使用程序的pw的结构。量子咖啡的x '。氟化的1、4内酯是由氢原子被氟原子取代。再次最小化的结构是放松能源和晶格参数从而到达;a = 4.156 a, b = 4.488 a, c = 7.652,α= 83.10°,β= 84.51°,γ= 84.82°。

完全放松结构单胞的可视化使用这个程序“XCrysDen”[24)和1的晶胞结构,4内酯是沿着x轴和y轴(图1)- (4)。键长和键角的放松结构1,4内酯已经列在下表1和2分别。

表1:键长在1、4内酯。

表2:1,4键角内酯。

奇美拉栖木计算

电子态密度(奇美拉栖木)一直在计算1,4内酯使用电子结构计算量子咖啡的代码。奇美拉栖木在1、4内酯和氟化1,4内酯所示(图5)和(6)。1,4中带隙内酯和氟化1,4内酯分别发现3.17 eV和3.14 eV。这个值接近,表现出非线性光学(NLO)材料25)和有机半导体材料。

目前,有机半导体材料非常吸引了科学界传统硅由于其技术优势半导体设备。大多数有机材料是便宜得多比高度结晶生成无机半导体,也可能被用来制造设备与廉价的制备方法。同时,大多数有机材料溶于一个或多个常见溶剂允许的可能性解决方案处理可以产生许多设备非常低成本(26- - - - - -28]。

几种无机NLO材料显示的带隙范围2 eV 4 eV。例如,铌酸锂显示4 eV的带隙。钛酸钡显示值为3.2 eV。BSO晶体显示值为4.02 eV和KTN纳米颗粒显示3.2 6 eV的带隙。有机NLO L-Tartaric酸材料显示了一个光学带隙3.65 eV。调优的带隙光子晶体领域扮演着重要的角色。

介电常数和声子模式

材料的介电常数和声子模式一直在计算unfluorinated和氟化状态使用量子咖啡的ph.x代码。材料的介电常数计算。介电常数的值在1、4内酯是2.2508,2.4991和2.9935在x, y和z轴分别和平均值是2.58。氟化后复合出来的介电常数为2.3631,2.3547和2.7103在x, y和z轴分别的平均值是2.48。

这个值是在展出低k介电材料中使用半导体行业。例如;fluropolyimide的介电常数为2.8,benzo-cyclo-butane是2.7,黑钻石是2.7,聚乙烯是2.4,聚丙烯为2.3,苝醌类化合物氟聚合物是2.24,2.2,2400年杜邦PTFE-based共聚物AF是2.06。他们已经应用在半导体设备的制造29日]。这也表明,该材料在研究中可以使用半导体设备。

声子模式已经使用量子咖啡的ph.x程序计算。计算声子模式从357厘米不等¹到3555厘米¹。氟化后声子模式从300厘米不等¹到3493厘米¹。

声子模式都是积极的,因此他们清楚地证明,模拟结构是稳定的。当一个氢原子被氟原子取代重,声子的频率范围下来的材料。各种参数值在unfluorinated和氟化1,4内酯列表表3。

表3:不同参数在unfluorinated和氟化1,4内酯。

结论

晶格参数的使用采用基于计算的结构优化是一个= 4.057 a, b = 4.263 a, c = 8.261,α= 88.62°,β= 80.36°,γ= 65.13°。flourination晶格参数后发现是一个= 4.156 a, b = 4.488 a, c = 7.652,α= 83.10°,β= 84.51°,γ= 84.81°。目前研究的晶格参数匹配实验发现材料中的值。材料的带隙3.17 eV。氟化后材料的带隙减少到3.14 eV。这些值的带隙告诉这作为有机半导体材料的行为。材料显示平均介电常数为2.58和氟化后的平均介电常数降低至2.48。计算声子模式的材料从357厘米不等¹到3555厘米¹。氟化后声子模式从300厘米不等¹到3493厘米¹。因此,要求进一步调查材料探索这种材料在有机化学中的应用半导体电子产品和NLO应用程序。本研究的电子和材料的介电性能显然是表明这种材料有带隙和介电常数,有机半导体材料和NLO材料。同时,目前的研究清楚地表明,这种材料的带隙可调的氟化。

确认

作者感谢大学教育系,卡纳塔克邦政府允许开展研究工作。作者也承认政府提供的必要的设施学院(自治),Mandya(隶属于迈索尔大学),印度。

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