扶手型单、多壁硅纳米管结构演化及电子特性的密度泛函理论研究

发布时间：2017-10-16 07:50

  本文关键词：扶手型单、多壁硅纳米管结构演化及电子特性的密度泛函理论研究

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【摘要】：本文采用密度泛函理论(DFT)对扶手型单、多壁硅管状团簇和扶手型单、多壁硅纳米管几何结构、电子特性、稳定性及从扶手型单、多壁硅团簇到扶手型单、多壁扶手型硅纳米管的结构演变过程进行研究,论文主要包括以下内容。第一章综述部分介绍纳米材料、团簇及纳米管的结构、性质、制备方法及生长机理,说明本文对于扶手型单、多壁硅管状团簇和扶手型单、多壁硅纳米管研究的意义和价值。第二章介绍了密度泛函理论,同时对于本研究所需用的Gaussian计算软件和基组进行了简单介绍。第三章着重研究了扶手型单、多壁硅管状团簇到扶手型单、多壁硅纳米管的结构演化过程、稳定性及电子特性。在演变过程中先对较短的扶手型单、多壁硅管状团簇的几何结构和电子特性进行了研究,接着采用逐层生长的方法得到较长的扶手型单、多壁硅管状团簇,并对其进行了研究,结果表明随着长度的增加扶手型单、多壁硅管状团簇的几何结构和电子性质在逐步接近无限长扶手型单、多壁硅纳米管的。以优化无虚频的稳定硅管状团簇为基础,利用周期性边界条件构建和研究无限长扶手型单、多壁硅纳米管。在对演化过程中的局部构型的几何参数追踪测量发现随长度的增加,硅管状团簇的增长方式由全局重构变为局部重构,最后演变为无限长硅纳米管。对于电子特性,前线分子轨道和结合能分别体现了有硅纳米管的增长趋势和在增长过程中变得越来越稳定。态密度和能带研究表明,所有的硅纳米管具较小的准直接带隙;扶手型硅纳米管属于窄带隙半导体范畴。随着纳米管长度的增加,带隙逐渐减小。它随着管壁数目的增加而减小。硅纳米管是具有宏观导电性的准直接带隙半导体。第四章对本文的总结与展望。归纳了本文中的研究结果,为探究扶手型硅纳米管的生长机理提供理论指导,并对本研究的后续可持续工作做了展望。
【关键词】：密度泛函理论 硅纳米管 带隙 周期性边界条件
【学位授予单位】：新疆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-16
• 1.1 纳米材料简介7
• 1.2 纳米器件与制造7-9
• 1.2.1 纳米器件的发展7-8
• 1.2.2 纳米制造8-9
• 1.3 纳米催化9-10
• 1.4 纳米生物与医学10-11
• 1.5 团簇11-12
• 1.6 碳纳米管简介12-13
• 1.6.1 碳纳米管的结构12-13
• 1.7 硅纳米管13-15
• 1.7.1 硅纳米管研究现状13-14
• 1.7.2 硅纳米管的制备14
• 1.7.3 硅纳米管的结构类型14
• 1.7.4 硅纳米管性能的理论研究14-15
• 1.8 本文的主要工作和研究意义15-16
• 2 密度泛函理论16-21
• 2.1 Thomas-Fermi模型16-17
• 2.2 Hohenberg-Kohn定理17-18
• 2.3 Kohn-Sham方程18-19
• 2.4 交换相关能泛函19-21
• 2.4.1 局域密度近似(LDA)19-20
• 2.4.2 广义梯度近似(GGA)20
• 2.4.3 杂化密度泛函(Hybrid DFT)20-21
• 3 硅纳米管的密度泛函理论研究21-37
• 3.1 引言21-22
• 3.2 计算方法及细节22-23
• 3.3.计算结果分析与讨论23-36
• 3.3.1 单壁硅纳米管23-30
• 3.3.2 双壁硅纳米管30-36
• 3.4 本章小结36-37
• 总结与展望37-38
• 参考文献38-51
• 在读期间发表的论文51-52
• 后记52

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 吴鹏;刘立仁;祝恒江;邹艳波;刘志锋;;InAs双壁管状团簇及双壁纳米管结构、稳定性和电子特性的第一性原理研究[J];物理学报;2012年24期

2 刘志锋;祝恒江;陈杭;刘立仁;;InAs管状团簇及单壁InAs纳米管的结构、稳定性和电子性质(英文)[J];物理化学学报;2011年09期

3 刘东林;刘明星;王贤文;苏江涛;;用AAO模板法制备硅纳米管[J];材料研究学报;2010年04期

4 刘增涛;傅焰鹏;李晨;杨勇;;竹节状硅纳米管的制备及锂离子嵌入/脱出性能研究[J];电化学;2006年04期

5 李俊涛,雷威,张晓兵;场致发射显示技术研究进展[J];电子器件;2002年04期

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本文编号：1041491