硼氮杂化石墨烯纳米带及碳纳米管的非线性光学性质的理论研究

发布时间：2017-05-18 08:04

  本文关键词：硼氮杂化石墨烯纳米带及碳纳米管的非线性光学性质的理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在过去的几十年中,非线性光学(NLO)材料在光通讯、光计算和光信息处理等方面的应用吸引了人们的广泛关注。随着信息时代的到来,设计和合成高性能的非线性光学材料对于光电器件的实际制备和开发具有重要的意义。石墨烯、碳纳米管(CNT)等碳纳米材料的独特的电子结构和优越的稳定性,使其在多方面产生了广阔的应用前景。本文采用量子化学计算方法,对BN杂化的石墨烯纳米带(GNR)及碳纳米管进行非线性光学性质的理论研究,同时对分子的结构与非线性光学效应之间的关系进行了探讨。我们希望该研究能为设计更高效实用的非线性光学材料提供新思路和有价值的理论线索。具体研究结果如下:一、我们研究了BN杂化石墨烯纳米带的4种不同的杂化方式对非线性光学性质的影响。研究发现,在我们的研究体系中,与BN杂化的碳纳米管相比,BN杂化石墨烯纳米带具有更好的二阶非线性光学效应。并且石墨烯纳米带中BN纳米带的杂化方式对于增加第一超极化率(β0)有很重要的作用。例如,在内部或外部BN杂化的石墨烯纳米带中,B原子处于石墨烯纳米带边缘或更靠近边缘的位置能更有效地增加第一超极化率。不论是内部还是外部BN杂化的石墨烯纳米带,尺寸效应对增加第一超极化率都有很明显的作用。更重要的是,我们发现非线性和透光性的矛盾可以通过控制石墨烯纳米带中BN纳米带的位置、尺寸、形状来调节。二、我们研究了一系列含有不同C/BN比例的硼氮杂化碳纳米管的结构和非线性光学性质。这些BN杂化碳纳米管在形式上可以看作是由石墨烯纳米带和BN纳米带卷曲而成,我们用(CBN)R-NT表示。研究表明,随着(CBN)R-NT中C/BN比例的增加,第一超极化率快速地增加。同时,我们将(CBN)R-NT与在形式上可看作由碳纳米管和BN纳米管构成的硼氮杂化碳纳米管(CBN)T-NT做了比较,发现(CBN)R-NT具有更好的稳定性,非线性光学性质和在可见光范围内的透光性。此外,我们也研究了C/BN比例为1:1的(CBN)R-NT的管径效应和管长效应,研究发现,管径效应和管长效应都能增加β0值,但是与管径效应相比,管长效应能更有效地增加(CBN)R-NT的第一超极化率。
【关键词】：石墨烯纳米带 碳纳米管 BN杂化 非线性光学
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-16
• 1.1 非线性光学简介10
• 1.2 非线性光学的起源和发展10-12
• 1.3 非线性光学的分类12-14
• 1.4 二阶非线性光学有机材料14-16
• 第2章 理论计算方法16-21
• 2.1 密度泛函理论16-18
• 2.1.1 Born - Oppenheimer近似16
• 2.1.2 Hartree - Fock近似16-17
• 2.1.3 Hohenberg  Kohn定理17-18
• 2.2 计算 β 的量子化学方法18-21
• 2.2.1 从头计算法18-19
• 2.2.2 半经验方法19
• 2.2.3 完全态求和（SOS）方法19-21
• 第3章 硼氮杂化石墨烯纳米带的非线性光学性质的理论研究21-32
• 3.1 背景简介21-22
• 3.2 计算细节22-23
• 3.3 结果和讨论23-31
• 3.3.1 几何结构、能量和NBO电荷23-25
• 3.3.2 h-BN-GNRs和h-BN-CNTs的电子性质的比较25-26
• 3.3.3 尺寸效应对极化率和超极化率的影响26-29
• 3.3.4 透光性29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 硼氮杂化碳纳米管的非线性光学性质的理论研究32-42
• 4.1 背景简介32-33
• 4.2 计算细节33-34
• 4.3 结果与讨论34-41
• 4.3.1 结构和电子性质34-37
• 4.3.2 (C_3(BN)_3)_(R-)NT与(C_3(BN)_3)_(T-)NT的比较37-39
• 4.3.3 管径效应和管长效应39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 参考文献42-52
• 作者简介及攻读硕士学位期间发表和完成的论文52-53
• 致谢53

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