砷烯纳米管的结构稳定性及电子结构的第一性原理研究

发布时间：2017-04-09 21:16

  本文关键词：砷烯纳米管的结构稳定性及电子结构的第一性原理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自从人们发现石墨烯、BN、过度金属硫化物等二维纳米材料,由于它们特殊的拓扑结构,同时具有良好的力学、电学等物理特性而受到广泛的关注,被广泛地应用在材料、医学等领域。2014年以来,人们在实验上制备出一种新型的二维材料-磷烯,同时也对砷烯和锑烯进行了科学的理论预测,他们都属于第Ⅴ主族的元素,最外层有五个电子,原子经过SP3杂化的方式成键,因此具有不同的构型。人们发现磷烯具有黑磷、蓝磷等多种同素异形体,砷烯也具有类黑磷和类蓝磷两种构型方式。砷烯具有很强的化学稳定性、优异的力学、电学性能。过去,人们都希望把二维晶体卷曲形成新的纳米管结构,而这些新的一维纳米管结构也具有比二维的结构更好的物理性能,可以被广泛地应用到各行各业。因此,考虑到砷烯作为一新型的二维结构,我们对砷烯进行类似于碳纳米管的卷曲方式进行卷曲,得到砷烯纳米管结构,对其进行科学的理论预测。我们采用了基于密度泛函理论的第一性原理方法,依托VASP和CP2K软件包,研究了一种新型的一维管状材料-砷烯纳米管。首先对砷烯纳米管的结构进行计算模拟,我们得到了可能存在的砷烯纳米管的基本结构,分析不同管径大小的结构信息。然后,依照我们得到的稳定结构,对他们的电子性质和动力学稳定性进行研究。我们的研究结果表明:砷烯纳米管是一种具有较大带隙的半导体,其带隙大小一般在1.6eV以上。其中,扶手椅型砷烯纳米管具有直接带隙的特点,而锯齿型砷烯纳米管具有间接带隙的特点。对于管径小于5.5?的砷烯纳米管,其带隙都随着半径的增大而逐渐增大,而管径大于5.5?的砷烯纳米管的带隙都对着半径的增大而逐渐减小,并逐渐趋于二维砷烯结构的带隙值。我们通过对砷烯纳米管的应力调控,发现应力会对砷烯纳米管的带隙有着非常大的影响。对(8,8)和(13,0)纳米管进行-9%~9%的应力调控,可以使砷烯纳米管的带隙从1.6eV减小到0.2eV左右,同时也会产生直接带隙与直接带隙之间的转化。我们还利用第一性原理分子动力学的方法,对砷烯纳米管进行分子动力学模拟。通过对不同管径大小的砷烯纳米管在不同温度的分子动力学模拟,发现管径在4.0?以上的纳米管在室温及更高的温度条件(800K)下仍然可稳定地存在。
【关键词】：砷烯纳米管 电子结构 应力调控 稳定性 第一性原理
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O627.521;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-13
• 1.1 二维纳米材料8-10
• 1.2 一维纳米管结构10-11
• 1.3 本论文研究的目的及内容11-13
• 第2章 理论计算方法13-22
• 2.1 绝热近似13-14
• 2.2 单电子近似14-16
• 2.3 密度泛函理论16-20
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理16
• 2.3.2 Kohn-Sham方程16-18
• 2.3.3 交换关联泛函18-20
• 2.4 计算软件介绍20-22
• 第3章 砷烯纳米管的结构稳定性及电子结构研究22-33
• 3.1 引言22-23
• 3.2 计算模型及方法23-24
• 3.3 砷烯纳米管结构分析24-27
• 3.4 砷烯纳米管的稳定性27-28
• 3.5 砷烯纳米管的电子结构28-32
• 3.6 结论32-33
• 第4章 总结与展望33-35
• 4.1 总结33
• 4.2 展望33-35
• 参考文献35-39
• 致谢39-40
• 个人简历及攻读硕士学位期间发表的论文40

  本文关键词：砷烯纳米管的结构稳定性及电子结构的第一性原理研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：296144