石墨二炔电子特性调控及性能的理论研究

发布时间：2017-12-02 07:01

  本文关键词：石墨二炔电子特性调控及性能的理论研究

  更多相关文章： 第一性原理 石墨二炔 掺杂 电场调控

【摘要】：石墨二炔作为一种新的碳的同素异形体,具有丰富的碳化学键、优良的稳定性以及光电性能。自从2010年γ相石墨二炔被成功合成后,科研人员对其光电、储能和催化等性能做了大量研究工作,但关于石墨二炔电子特性调控以及相关性能的研究较少。为了使石墨二炔在电子器件领域的应用更广,通过掺杂以及电场来调控石墨二炔的电子特性显得十分重要。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了B掺杂、N掺杂以及B、N共掺杂对γ相、β相、α相石墨二炔光电性能的影响,并分析了电场对本征以及掺杂石墨二炔电子性能的调控作用,主要研究结论如下：1、对于三种石墨二炔,B更易替代sp2杂化的C原子掺杂在1#位,N更易替代sp杂化的C原子掺杂在2#位。N的杂质形成能均小于B,说明石墨二炔更易形成n型半导化掺杂。随着B、N掺杂浓度的提高,体系的杂质形成能逐渐增大,稳定性逐渐降低。对于γ相、β相石墨二炔,随着B、N掺杂浓度的提高,体系由非简并逐渐转变为简并半导体,带隙逐渐减小；B、N共掺更易形成临位掺杂的形式,掺杂后根据掺杂位的不同带隙增大或者减小。对于a相石墨二炔,不同类型掺杂后体系均产生了一定的带隙,改善了零带隙的状况。B、N掺杂均可以使丫相、p相石墨二炔的光吸收边红移,掺杂浓度提高后吸收边的红移现象有所减弱,B、N共掺杂可以使光吸收边红移或者蓝移。对于α相石墨二炔,不同类型掺杂后体系的光吸收边均会产生红移。2、电场能够有效调控三种石墨二炔的带隙,随着电场强度的增大,γ相、p相石墨二炔的带隙呈递减趋势,D相石墨二炔带隙减小较快,带隙减小的原因是电场破坏了体系的静电势,电荷重新分布,产生了巨斯塔克效应。a相石墨二炔则在电场作用下由零带隙转变为直接带隙半导体,带隙呈递增趋势。3、随着不同方向电场强度的增大,掺杂石墨二炔体系并未出现统一的带隙变化趋势,电场方向强烈影响体系的电子性能。电场作用下B、N共掺杂石墨二炔带隙的变化趋势和本征石墨二炔类似,随着不同方向电场强度的增大,B、N共掺杂1γ相、p相石墨二炔的带隙呈现递减趋势,B、N共掺杂α相石墨二炔的带隙递增或者缓慢递减。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 涂宏波;高林;颜学敏;;酚醛树脂强化适度压缩膨胀石墨块的研究[J];化工中间体;2011年03期

2 赵炜;铝—石墨复合材料及其生产方法[J];热加工工艺;1982年03期

3 马吉芳;胡爱国;万国庆;田少华;;石墨块对铸铁件激冷能力的探讨[J];铸造;2009年06期

4 郭文斌;;风扇轴的石墨密封[J];机械工人;1980年10期

5 K.Mukai;S.Ohkubo;M.Orita;K.Fujimoto;K—I.Fujimoto;冀泉;;石墨的氧化特性[J];炭素技术;1991年05期

6 W.Delle,徐世江;堆内石墨结构[J];新型碳材料;1990年03期

7 荀强虎;;回转窑重锤式石墨块密封结构[J];水泥技术;1992年03期

8 郑映;;浅谈换热器石墨块孔破损修复措施[J];化学工程与装备;2012年02期

9 高林;马玲;;用柔性石墨制备低密度膨胀石墨块[J];新型炭材料;2006年03期

10 高林;张庆;马玲;;膨胀柔性石墨块制备及其结构表征[J];非金属矿;2006年04期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 陈姝;;我国光伏行业生产多晶硅用石墨件标准现状及发展建议[A];市场践行标准化——第十一届中国标准化论坛论文集[C];2014年

2 陈梦君;卢喜瑞;崔春龙;段涛;;核退役放射性石墨处理处置研究进展[A];第三届废物地下处置学术研讨会论文集[C];2010年

3 邵守玉;;山东省石墨行业发展报告[A];山东省材料发展报告2010～2011[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 省科学技术情报研究所 单静;精深加工走资源开发可持续发展之路[N];黑龙江日报;2007年

2 本报记者　文静;两大石墨巨头重庆竞逐[N];21世纪经济报道;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王登;石墨二炔电子特性调控及性能的理论研究[D];西北大学;2016年

2 张丽红;第一性原理研究电场下金属修饰和元素掺杂对石墨炔（graphyne）储氢性质的影响[D];北京化工大学;2014年

，

本文编号：1244012