KDP类晶体是一类综合性能优良的光学材料,在非线性光学领域有着重要应用。水和杂质是影响KDP类晶体生长和光学质量的两大因素。水的存在一方面保证了 KDP类晶体正常的生长及高质量表面的加工,另一方面又会导致表面潮解、表面腐蚀等现象。另外,KDP类晶体中不可避免地会引入各种杂质,包括有机物、金属离子以及各种无机物等。这些杂质能够吸附在晶体的不同表面,导致生长习性变化、光学质量降低。当前关于水分子及杂质与KDP类晶体之间的研究主要集中在实验方面,理论探索相对较少,它们之间的相互作用机理目前还不明确。基于以上情况,我们采用密度泛函理论的方法,选取KDP类晶体中最为常见的ADP及KDP为代表,研究了水分子以及杂质在两种晶体表面的吸附行为。这一研究可以帮助人们深入理解它们之间复杂的相互作用,为晶体生长及质量控制提供一定的理论指导。目前得到的主要结论如下:(1)研究了 1～3个水分子在ADP晶体(100)及(101)表面的吸附行为。吸附能均为负值,意味着水分子能够自发吸附到ADP表面。由于水分子之间的相互作用,使得吸附能随水分子数量增加呈现增大的趋势。水分子可以与表面的氢、氧原子产生相互作用,主要存在两种结合方式:一种是与表面的氢、氧原子形成氢键;另外,当多个水分子吸附到(100)面上时,可以与表面磷酸根中的氢原子形成一个共价键。相比之下,水分子与(100)面的相互作用更强,吸附更稳定。吸附使水分子及ADP晶体表面的结构均发生了变化,化学键普遍被拉长,甚至导致水分子及(100)表面的H-O共价键断裂。(2)考察了乙醇分子在KDP晶体(100)及(101)表面的吸附行为。吸附能均为负值,意味着乙醇可以自发吸附到KDP的表面上。乙醇分子主要通过羟基与表面的氢、氧以及钾原子相互作用,在(100)面上可以形成两个氢键和一个钾氧离子键,而在(101)面上则形成一个氢键与一个离子键。乙醇与(100)面之间形成的键数目更多且强度更大,因此吸附更稳定。吸附后乙醇分子及KDP晶体表面结构均发生了一定的变化,化学键普遍呈现被拉长的现象,结构变得不稳定。(3)系统地研究了金属离子(K+,Na+,Ca2+,Cu2+,Al3+,Cr3+)在KDP晶体(100)表面的吸附行为。六种离子在表面的吸附能均为负值,意味着吸附为自发进行的放热反应。吸附的稳定性随着金属离子化合价的升高而增加,表现为一价<二价<三价。另外,金属离子与KDP(100)表面的键合机制和离子半径有着一定的关系,半径较大的离子(Na+,K+和Ca2+)与表面之间更多的是形成离子键,而较小的离子(Cu2+,Al3+和Cr3+)往往通过共价作用与表面结合。所有的金属离子都会影响KDP(100)表面结构,表面化学键被拉长,同时氢键的结构和形式也发生了变化。其中,三价离子对表面结构的影响最大,Al3+和Cr3+能够吸引表面的一个氢原子,使表面H-O键断裂。