几种典型本征缺陷对单壁碳纳米管载流子输运性质的影响与调控研究

发布时间：2017-12-31 03:30

本文关键词：几种典型本征缺陷对单壁碳纳米管载流子输运性质的影响与调控研究　出处：《宁夏大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：碳纳米管自发现以来,由于其独特的物理和化学性质,一直是化学、物理、材料科学和纳米技术等多个领域的研究热点。然而,在碳纳米管的制备过程中,不可避免的存在一些缺陷,这些缺陷会影响碳纳米管的电子结构和功能性质。因此,研究缺陷对碳纳米管载流子输运的影响具有重要的实际意义。本论文基于密度泛函理论研究了Stone-Wales (SW)、单空位和双空位三种典型本征缺陷对锯齿型单壁碳纳米管载流子传输性质的影响,考察影响载流子迁移率的主要因素,获得不同因素对载流子传输性质的影响和调控规律。1.基于密度泛函理论结合自洽场晶体轨道法研究了SW缺陷对锯齿型单壁碳纳米管载流子传输性质的影响。以锯齿型(11,0)碳纳米管为例,当有SW缺陷存在时,部分缺陷碳管的载流子迁移率出现反常的增加行为。基于非平衡格林函数方法得到电流-电压(I-V)特性的结果进一步确定了缺陷使迁移率增加的结论。研究发现,导致(11,0)碳纳米管载流子迁移率增大的主要因素是载流子的声学声子散射减弱使得其形变势常数减小。这个结论也通过晶体轨道分布图中进一步得出。此外,还研究了不同管径对含有SW缺陷碳管的载流子迁移率的影响。研究发现锯齿型CNT(n,0) n=9-17中,它们的迁移率增大也呈现三倍周期规律,这与不同管径的碳纳米管的电子性质呈现三个不同组群相似。2.基于第一原性原理的自洽场晶体轨道法研究了不同结构演化的单空位缺陷对(10,0)碳纳米管载流子传输性质的影响。研究发现有些含有缺陷碳纳米管的载流子迁移率是下降的,当B类型的空位缺陷引入到(10,0)碳纳米管之后载流子迁移率不寻常的增加。借助晶体轨道分析了缺陷对电荷载流子迁移率的影响,研究表明最主要的原因是引入缺陷后声子散射变弱使得载流子迁移率增大。对于迁移率的降低的原因,主要是由于局部缺陷使得载流子变重。因此,可以通过引入不同结构的单空位缺陷而实现锯齿型(10,0)碳纳米管的载流子迁移率的调控。3.在第一性原理的理论框架下使用自洽场晶体轨道法研究了碳管管径的量子尺寸效应下单空位缺陷对载流子传输性质的影响。研究发现,当碳纳米管管径不同时,载流子迁移率的变化也是不同的。大部分含有空位缺陷碳纳米管的载流子迁移率是下降的,但是有些碳纳米管引入缺陷后载流子迁移率不寻常增大。对于迁移率降低的体系,主要是由于载流子变重导致的。为了进一步研究载流子迁移率增大的因素,借助了晶体轨道分析。分析结果表明,当缺陷引入后使得声子散射变弱最终导致载流子迁移率增大。4.使用密度泛函理论结合自洽场晶体轨道法研究了双空位缺陷对锯齿型单壁碳纳米管载流子传输性质的影响。以(14,0)碳纳米管为例,当有双空位缺陷存在时,缺陷碳管的迁移率与纯碳管相比变大。通过晶体轨道分析发现,导致载流子迁移率增大的主要因素是载流子的声子散射减弱使得形变势常数降低。此外,还研究了管径对碳纳米管传输性质的影响,研究发现管径不同载流子迁移率的变化也不同。大部分含有双空位缺陷碳管的载流子迁移率是减小的,但是也有一部分是反常增大的。对于载流子迁移率增大的体系,迁移率增大的原因与(14,0)碳管的相同,都是由于声子散射减弱导致形变势常数降低所致。
[Abstract]:In this paper , the influence of the defect on the carrier mobility of carbon nanotubes ( 10 , 0 ) has been studied by means of the theory of density functional theory .

【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1

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