新型二维材料结构设计与调控的第一性原理研究

发布时间：2016-10-19 18:29

  本文关键词：新型二维材料结构设计与调控的第一性原理研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2014年

新型二维材料结构设计与调控的第一性原理研究

谢声意  

【摘要】：纳米科学与纳米技术的发展日益影响着现代科学技术的发展，并对人们的日常生活产生了巨大的影响。其中，自从石墨烯在实验上被成功制备出来以来，具有原子级别厚度的二维材料引起了人们广泛的研究兴趣。很多二维材料都具备独特的电子性质，在未来的科学研究及技术发展中将占有十分重要的地位。因此，设计具有新物性的二维材料来拓展其在未来高科技领域的发展是一个非常重要的研究课题。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了典型二维材料石墨烯的制备方法以及设计具有特殊物性的新二维材料，得到了如下的研究结果： 1.研究了活性金属钙等对二维石墨烯氧化物的还原过程。石墨烯氧化物的还原是高效低成本制备石墨烯的一种有效方法。然而，现有的还原剂如阱气和硼氢化钠等对石墨烯的还原效果不佳，得到的石墨烯质量不高。通过第一性原理分子动力学的研究手段，发现具有高还原能力的碱土金属钙能通过石墨烯中未氧化碳原子的空轨道将电子传递给氧基团，，从而具备高效的还原能力。此外，钙也能对石墨烯边界上的氧基团进行还原，尤其对有连接点的半撕裂边界，还原之后还能对边界进行缝合，形成更大片层的石墨烯。 2.利用金属层具有很强给电子的施主特性，设计了一种三明治的二维材料MoB4与MgB6。这两种材料中，金属单层将电荷转移到缺电子的硼蜂窝结构与硼竹篮结构，从而使结构稳定。设计的这两种材料具有奇特的电子性质，如MoB4出现了双狄拉克锥的能带特性、设计的二维MnB4甚至存在磁性与强电-声耦合共存的现象，而MgB6具有储氢能力。所提出的利用外部电荷补偿来稳定缺电子体系为将来设计新的材料及其物性提供了新思路。 3.基于二维材料MoS2的基础上，设计了一类新型的具有偶极矩的二维材料V-Metal-VII系列，展示了这类材料在未来的光电子学方向上潜在的应用。 4.研究了衬底上的单层金属蜂窝结构以及多层金属蜂窝结构，展示了这些蜂窝结构所可能具有的铁磁性质并提出了多层金属蜂窝结构的生长模型。从能量稳定性的角度，发现在最初的一两层内，金属Hf蜂窝格子与下面的衬底Ir作用具有较低的能量，然而，随着层数的增加，Hf的三角格子的能量变得更低，从而推断出外延生长的金属结构与其层数有一定的关联。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O469
【目录】：

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