基于锡烯的二维复合材料设计及物性研究

发布时间：2022-11-12 08:53

　　二维材料在光电子材料、微电子材料、能源材料及相关器件等领域有潜在的应用前景,受到了广泛的研究和关注。锡烯与石墨烯同居IV族,2013年,张首晟教授预测其是一种潜在的可室温工作的拓扑绝缘体材料,彻底激发了锡烯的研究。理论方面,研究人员对锡烯基本物理性质进行了一系列的探索,发现其具有许多新奇的特性。实验方面,研究主要集中在单层锡烯的制备。本论文围绕锡烯的力学性质、多体效应、复合体系、及其在能源材料方面的应用展开系统的研究。本论文主要研究内容包括:（1）锡烯几何结构及力学性质研究。研究了锡烯的理想强度、高阶弹性常数等力学性质,研究表明相比于IV族其他二维材料,锡烯杨氏模量最小（24.14 N/m）,表明锡烯最容易变形,意味着锡烯电子性质最容易被应力调制。进一步考虑等轴应力（EQ）、单轴扶手椅方向应力（AC）、单轴之字形方向应力（ZZ）三种应力对锡烯及锡烷几何性质的影响。（2）锡烯及锡烷电子结构、多体效应及光学性质研究。综合考虑多体效应、自旋轨道耦合（SOC）、应力作用对锡烯及锡烷电子结构和光学性质的影响,采用不同的计算层次（GW,GW+RPA,GW+BSE,GW+RPA+SOC,GW+B S... 

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 二维材料简述
    1.2 锡及锡烯简述
    1.3 锡烯性质研究概述
        1.3.1 力学性质
        1.3.2 电子光学及磁学性质
        1.3.3 拓扑性质
        1.3.4 热电性质
        1.3.5 超导性质
    1.4 二维锡烯相关结构及调控
        1.4.1 哑铃型锡烯
        1.4.2 五元环锡烯锡烷
        1.4.3 锡烯钝化及掺杂
        1.4.4 单层无褶皱锡烯
    1.5 二维锡烯复合材料
        1.5.1 锡烯/石墨烯
        1.5.2 锡烯/金属
        1.5.3 锡烯/h-BN
        1.5.4 锡烯过渡金属硫化物
        1.5.5 锡烯/金属氧化物
    1.6 锡烯功能材料
        1.6.1 气体吸附功能材料
        1.6.2 气体提纯功能材料
        1.6.3 离子吸附功能材料
        1.6.4 自旋电子器件应用
    1.7 研究进展总结及本论文概述
    1.8 本论文结构安排
    参考文献
第二章 理论基础和计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Schr6dinger方程
        2.1.2 Thomas-Fermi模型
        2.1.3 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.4 Kohn-Sham方程
    2.2 几种常见的交换关联泛函近似
        2.2.1 局域密度近似(LDA)
        2.2.2 广义梯度近似(GGA)
        2.2.3 杂化泛函(HSE)
    2.3 多体微扰理论与准粒子近似
        2.3.1 多体微扰理论
        2.3.2 准粒子近似GW
        2.3.3 随机相位近似RPA
        2.3.4 Bethe-Salpeter方程(BSE)
        2.3.5 激发态能量传递
    2.4 过渡态搜索NEB
    2.5 拓扑绝缘体与Z_2拓扑不变量
    参考文献
第三章 锡烯结构性质研究
    3.1 研究背景及研究方法
    3.2 锡烯及锡烷基本几何结构
    3.3 应力调制锡烯及锡烷几何性质
    3.4 锡烯力学性质相关研究
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 锡烯/锡烷电子结构、多体效应及光学性质研究
    4.1 研究背景与研究方法
    4.2 无应力锡烯/锡烷电子结构性质
    4.3 应力调制锡烯/锡烷电子结构性质
        4.3.1 应力调制锡烯准粒子带隙
        4.3.2 应力调制锡烷准粒子带隙
    4.4 锡烯/锡烷多体效应及光学性质
        4.4.1 锡烯多体效应及光学性质
        4.4.2 锡烷多体效应及光学性质
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 锡烯复合结构体系研究
    5.1 研究背景及研究方法
    5.2 锡烯复合结构几何性质
        5.2.1 锡烯石墨烯异质结构几何性质
        5.2.2 锡烯二硫化钼异质结构几何性质
    5.3 锡烯复合结构能量性质
        5.3.1 锡烯石墨烯异质结构能量性质
        5.3.2 锡烯二硫化钼异质结构能量性质
    5.4 锡烯复合结构电子性质
        5.4.1 锡烯石墨烯异质结构电子性质
        5.4.2 锡烯二硫化钼异质结构电子性质
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 锡烯纳米网状结构作为电池负极材料的研究
    6.1 研究背景及研究方法
    6.2 锡烯纳米网状结构
        6.2.1 锡烯纳米孔洞的形成及钝化
        6.2.2 锡烯纳米网状结构的设计
    6.3 锡烯及锡烯纳米网状结构对钠的吸附作用
        6.3.1 锡烯及锡烯纳米孔洞(V_(Sn6)~H)对钠的吸附
        6.3.2 锡烯纳米网状结构对钠的吸附
    6.4 开态电压及理论电容
    6.5 钠离子扩散路径及势垒
    6.6 锡烯纳米网状结构的电子性质
    6.7 本章小结
    参考文献
第七章 论文总结及展望
    7.1 论文总结
    7.2 未来工作展望
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]掺杂扶手型锡烯纳米带的电子结构及输运性质理论研究[J]. 陈颖,汤琪琪,何佳,李登峰.  功能材料. 2018(08)



本文编号：3706070