几种新型低维材料结构及性能的第一性原理研究

发布时间：2024-05-12 15:11

　　二维纳米材料由于其独特的几何结构、新奇的光电特性以及在未来纳米器件和纳米技术中的巨大应用前景,自从诞生起就吸引了无数人的关注。理论设计、预测新型的二维纳米材料结构,并探索和调控其光电性质,一直是纳米材料研究领域的热点。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法开展了一维纳米带、二维新型纳米结构、异质结等低维纳米材料电子结构及其性能调控的研究。其主要结论如下:(1)利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了新型二维纳米材料砷烯的一维纳米带结构、电子性质以及电场和应变对不同宽度的armchair和zigzag型纳米带的电子结构调控。研究结果表明,砷烯纳米带受量子尺寸效应影响较为明显,随着纳米带宽度的增大其带隙会逐渐减小。此外,对于电场调控作用的研究表明,电场可以对纳米带的能带带隙产生有效地调控。纳米带的带隙会随着电场的增加而减小,并且会在较窄的armchair型纳米带中引起间接带隙到直接带隙的能带转变;反之,在zigzag型纳米带中将引起直接带隙到间接带隙的能带转变。通过对比发现,电场对不同宽度纳米带的产生了不同的调制效果。宽度较大的纳米带的电子结构受电场的调控的影响更大,其带隙随...

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图1.1碳元素的各类同素异形体：（a）金刚石结构；（b）石墨烯；（c）六方碳；（d）C60；（e）C540；（f）C70；（g）无定型碳结构；（h）单层碳纳米管

的各类同素异形体：（a）金刚石结构；（b）石墨烯；（c）六方碳e）C540；（f）C70；（g）无定型碳结构；（h）单层碳纳米管。中，六个C原子在平面上形成六角蜂窝结构，键长为1.为较弱的范德瓦尔斯力结合，上下两层的碳原子之间距之间的距离大得多，其层间距离为3.35[....

图1.2石墨及其结构图

图1.2石墨及其结构图独特的电学性质使其在制造电极、电刷、碳棒、碳，而独特的层间结构使其成为了机械工业中良好的耐石墨这种独特的层状结构为制备二维碳元素材料奠定属硫化物硫化物（TMDCs）属于硫化物家族中一个重要的组X2，其中M是过渡金属元素，一般为IV族（Ti，Zr，....

图1.3(a)过渡金属硫化物结构图MX2结构示意图；(b)和(c)分别为二硫化钼结构的光学以及原子力显微镜图；(d)二硫化钼层状块体材料1cm长；(e)不同体结构堆叠方式，其中黄色小球为X，灰色小球代表过渡金属M[9]

第一章绪论相；反之，当1T为稳定相时，则2H多为亚稳定相[9]。由于这种特有的层状结构，TMDCs具有与六方氮化硼、石墨近乎相同的特点，例如具有良好的机械性能，使其可以广泛应用于高速运转器件的润滑。不仅如此，由于具有独特的电子结构，还可广泛应用于光电器件领域、功能材料....

图1.4常见二维纳米材料分类[20]

1.2二维纳米材料由于半导体器件的高集成、微型化、高效性对材料性能的要求不断提高，科研人员在对层状材料的研究也不断深入。在此过程中，科学家们惊讶的发现层状材料随着层数的逐渐减少，表现出区别与体材料而更加独特的物理、化学性质。从层状体材料中剥离出来的单层或者多层二维材料迅速成为继....

本文编号：3971500