扶手型单、双壁氮化硼纳米管结构演化及电子特性的密度泛函理论研究

发布时间：2017-08-20 09:17

  本文关键词：扶手型单、双壁氮化硼纳米管结构演化及电子特性的密度泛函理论研究

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【摘要】：氮化硼纳米管有诸多良好的性能,但由于生长机理不明确和技术条件受限制的原因,大大阻碍了氮化硼纳米管的生产和应用。为探索氮化硼纳米管的微观生长机理,本文在密度泛函的理论框架下,重点研究了从单双壁氮化硼团簇到单双壁扶手型氮化硼纳米管的演变过程。文章分三部分组成:第一部分对氮化硼团簇的概念、基本性质和研究意义做了简单的介绍,并主要介绍了氮化硼纳米管的概念、几何结构、制备方法、主要性能、应用前景和研究现状及研究意义。第二部分介绍了密度泛函理论,对密度泛函理论的发展过程和主要组成部分做了重点介绍。并大致讲述了基于密度泛函理论的的高斯03软件和基函数。第三部分在密度泛函的理论框架下,主要研究了单双壁氮化硼管状团簇和单双壁扶手型氮化硼纳米管的几何结构、电子特性、稳定性以及从单双壁氮化硼团簇到单双壁扶手型氮化硼纳米管的演变过程。在演变过程的研究中先对较短的单双壁管状团簇的几何结构和电子特性进行了研究,接着采用逐层增长的方式得到了较长的单双壁氮化硼管状团簇,在对较长的单双壁氮化硼管状团簇进行研究的过程中,发现随着长度的增加单双壁氮化硼管状团簇的几何结构和电子特性接近无限长单双壁扶手型氮化硼纳米管的几何结构和电子特性。以较长的团簇为基础,利用周期边界条件构建和研究了无限长氮化硼纳米管。在几何参数的追踪中发现随着长度的增加,氮化硼管状团簇的增长方式由全局重构变为局部重构,最后在局部重构的方式中演变为无限长纳米管。前线分子轨道和结合能分别体现了氮化硼团簇有增长的趋势和在增长过程越来越稳定的特点。氮化硼纳米管的结合能表明随着管径和管壁的增加氮化硼纳米管变得更稳定,解释了实验上合成的氮化硼纳米管中通常是大管径多壁数的氮化硼纳米管占多数的现象。在电子特性的研究中发现氮化硼管状团簇和氮化硼纳米管都体现出宽带隙半导体的特点。其中氮化硼管状团簇的带隙随着层数的增加几乎不发生改变,但不同管径的管状团簇的带隙且有细微的差距。而氮化硼纳米管的带隙则会有随着管径的增大而微小的增大,随着管壁的增大而微小的减小。另外,氮化硼管状团簇的分子前线轨道和氮化硼纳米管的态密度都表明,在氮化硼体系中N原子和B原子分别体现了负电性和正电性的特点。本文的研究成果为深入认识氮化硼团簇以及氮化硼纳米管的稳定性和电子性质提供了一定的帮助,为氮化硼纳米管生长机理的探索提供了一个新的思路,为氮化硼纳米管的制备提供了重要的理论指导思想。
【关键词】：全局重构 局部重构 氮化硼纳米管 电子特性 几何结构
【学位授予单位】：新疆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 纳米材料的概述8
• 1.2 氮化硼团簇简介8-9
• 1.2.1 团簇的定义8
• 1.2.2 氮化硼团簇的性质8-9
• 1.2.3 氮化硼团簇的研究现状及研究意义9
• 1.3 氮化硼纳米管简介9-15
• 1.3.1 氮化硼纳米管的发现和结构9-10
• 1.3.2 氮化硼纳米管的合成方法10-11
• 1.3.3 氮化硼纳米管的性能11-13
• 1.3.4 氮化硼纳米管的应用前景13-14
• 1.3.5 氮化硼纳米管的研究现状14-15
• 1.4 本文的主要工作和研究意义15-16
• 2 密度泛函理论16-22
• 2.1 HohenberrKohn定理17
• 2.2 Kohn-Sham方程17-18
• 2.3 交换相关能泛函18-20
• 2.3.1 局域密度近似(LDA)19
• 2.3.2 广义梯度近似(GGA)19
• 2.3.3 杂化密度泛函(HybridDFT)19-20
• 2.4 Gaussian03计算软件和基组选择20-22
• 2.4.1 Gaussian03计算软件20
• 2.4.2 基组选择20-22
• 3 扶手型氮化硼纳米管的结构演化和电子特性22-32
• 3.1 引言22-23
• 3.2 计算方法和细节23
• 3.3 计算结果与分析23-31
• 3.3.1 几何结构与演化23-25
• 3.3.2 结构稳定性25-28
• 3.3.3 电子结构28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 总结与展望32-33
• 参考文献33-43
• 在读期间发表论文43-44
• 后记44

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴鹏;刘立仁;祝恒江;邹艳波;刘志锋;;InAs双壁管状团簇及双壁纳米管结构、稳定性和电子特性的第一性原理研究[J];物理学报;2012年24期

2 刘志锋;祝恒江;陈杭;刘立仁;;InAs管状团簇及单壁InAs纳米管的结构、稳定性和电子性质(英文)[J];物理化学学报;2011年09期

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本文编号：705785