基于石墨烯带隙调控及拉曼光谱的分析研究
发布时间：2022-11-03 23:44
石墨烯是具有二维蜂窝状结构的新型材料,其独特的电子结构和优异的物理性质和化学性质使得石墨烯拥有广阔的应用前景。由石墨烯的能带结构可以知道,石墨烯的零带隙结构的特点限制了石墨烯在半导体器件等方面的应用。本文基于第一性原理研究了石墨烯纳米带的电子结构和光学性质以及石墨烯的电子结构和不同入射激光波长的拉曼光谱分析。以石墨烯拉曼实验为依据,分析研究不同层数石墨烯拉曼光谱,为石墨烯层数的鉴定提供理论依据。本论文的主要工作分为以下几点:（1）通过理论计算得到了石墨烯的电子结构信息,计算结果表明纯石墨烯是一个零带隙半导体材料,价带和导带在费米能级处相交于一点,即狄拉克K点,且石墨烯在狄拉克K点的能级呈现特有的三维圆锥形结构,在费米能级附近的能带结构主要由碳原子的2p电子做贡献。（2）通过MS计算得到了不同宽度扶手椅型石墨烯纳米带的电子结构和光学性质。从计算结果中可以知道,与纯的石墨烯相比,扶手椅型石墨烯纳米带的带隙打开了,且随着纳米带的宽度的增大,带隙值呈现出周期为3的振荡特性,整体呈现下降趋势;在一个振荡周期内,带隙值的大小关系可以表示成Eg（Na=3m+1）＞Eg（Na=3m）＞Eg（Na=3m...
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 碳纳米材料概述
1.2 石墨烯的研究概况
1.2.1 石墨烯的发现及应用
1.2.2 石墨烯的结构
1.2.3 石墨烯的性质及应用
1.2.4 石墨烯常用的制备方法
1.2.5 石墨烯能隙引入与调制
1.2.6 石墨烯表征方法
1.3 石墨烯纳米带研究概况
1.3.1 石墨烯纳米带结构和性质
1.3.2 石墨烯纳米带的应用
1.4 本论文研究意义及结构安排
2 理论基础及计算方法
2.1 量子力学基础
2.2 第一性原理
2.2.1 Born-Oppenheimer近似—绝热近似
2.2.2 单电子近似
2.3 密度泛函理论
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
2.3.2 Kohn-Sham方程
2.3.3 交换关联泛函E_(xc)[ρ]的确定
2.4 计算程序CASTEP简介
2.4.1 软件介绍
2.4.2 计算流程
2.5 本章小结
3 石墨烯和石墨烯纳米带的第一性原理计算
3.1 石墨烯的第一性原理计算
3.1.1 模型建立
3.1.2 本征石墨烯电子结构
3.1.3 石墨烯的光学性质
3.2 石墨烯纳米带
3.2.1 模型建立与参数选取
3.2.2 石墨烯纳米带的电子结构
3.2.3 石墨烯纳米带的光学性质
3.3 本章小结
4 石墨烯动力学性质及拉曼散射实验
4.1 石墨烯晶格动力学性质
4.1.1 单层石墨烯声子谱
4.1.2 单层石墨烯拉曼产生过程
4.2 固体拉曼光谱理论解释
4.2.1 拉曼光谱的经典解释
4.2.2 拉曼散射的量子解释
4.3 石墨烯拉曼散射实验
4.3.1 石墨烯拉曼光谱
4.3.2 石墨烯石墨烯拉曼实验
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯纳米结构的制备及带隙调控研究[J]. 张慧珍,李金涛,吕文刚,杨海方,唐成春,顾长志,李俊杰. 物理学报. 2017(21)
[2]氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展[J]. 郑玉婴,曹宁宁. 材料工程. 2017(06)
[3]石墨烯掺杂研究进展[J]. 胡荣炎,贾昆鹏,陈阳,战俊,粟雅娟. 微纳电子技术. 2015(11)
[4]基于第一性原理对硅取代、掺杂锯齿形石墨烯纳米带的电子结构及输运性质的研究[J]. 陈莹莹,宓一鸣. 人工晶体学报. 2015(03)
[5]石墨烯的制备及石墨烯载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化[J]. 刘雪楠,邓超,高颖,邬冰. 燃料化学学报. 2014(04)
[6]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[7]Ba0.5Ca0.5ZrO3电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 杨丽娟,顾芳,张加宏,刘清惓,崔磊,王帆. 原子与分子物理学报. 2013(02)
[8]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范. 中国科学:化学. 2013(01)
[9]石墨烯的应用研究及展望[J]. 赵承强. 广东化工. 2011(12)
[10]三层石墨烯及其n型和p型插层化合物的制备和拉曼光谱表征[J]. 赵伟杰,刘剑,谭平恒. 光散射学报. 2011(04)
博士论文
[1]石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D]. 许士才.山东师范大学 2014
[2]石墨烯物性的第一性原理研究[D]. 类淑来.中国科学技术大学 2013
[3]石墨烯及其掺杂体系电子结构性质的理论研究[D]. 杜恭贺.西北大学 2010
硕士论文
[1]二维BC2N材料的第一性原理研究[D]. 焦丽娜.西南大学 2016
[2]基于密度泛函理论研究石墨烯掺杂金属Pd的电学光学性质[D]. 缪应蒙.华北电力大学 2014
[3]锐钛矿TiO2高活性（001）面光催化降解NOx机理研究[D]. 赵文文.青岛大学 2013
[4]太赫兹波调控技术及相关功能器件研究[D]. 孙丹丹.电子科技大学 2013
[5]基于石墨烯的太赫兹调制效应的研究[D]. 卜兴华.华中科技大学 2013
[6]基于石墨烯在太赫兹波段表面等离子体激元特性的研究[D]. 王平.华中科技大学 2013
[7]石墨烯纳米带电子结构的第一性原理研究[D]. 胡宽莲.西安电子科技大学 2012
[8]基于Si衬底的石墨烯在太赫兹波段吸收的研究[D]. 胡静.华中科技大学 2011
[9]掺杂石墨烯的电子结构与光学性质研究[D]. 赵朝军.西安电子科技大学 2012
[10]掺杂石墨烯纳米带的电子结构和光学性能[D]. 黄庆广.湖南大学 2011
本文编号：3700846
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 碳纳米材料概述
1.2 石墨烯的研究概况
1.2.1 石墨烯的发现及应用
1.2.2 石墨烯的结构
1.2.3 石墨烯的性质及应用
1.2.4 石墨烯常用的制备方法
1.2.5 石墨烯能隙引入与调制
1.2.6 石墨烯表征方法
1.3 石墨烯纳米带研究概况
1.3.1 石墨烯纳米带结构和性质
1.3.2 石墨烯纳米带的应用
1.4 本论文研究意义及结构安排
2 理论基础及计算方法
2.1 量子力学基础
2.2 第一性原理
2.2.1 Born-Oppenheimer近似—绝热近似
2.2.2 单电子近似
2.3 密度泛函理论
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
2.3.2 Kohn-Sham方程
2.3.3 交换关联泛函E_(xc)[ρ]的确定
2.4 计算程序CASTEP简介
2.4.1 软件介绍
2.4.2 计算流程
2.5 本章小结
3 石墨烯和石墨烯纳米带的第一性原理计算
3.1 石墨烯的第一性原理计算
3.1.1 模型建立
3.1.2 本征石墨烯电子结构
3.1.3 石墨烯的光学性质
3.2 石墨烯纳米带
3.2.1 模型建立与参数选取
3.2.2 石墨烯纳米带的电子结构
3.2.3 石墨烯纳米带的光学性质
3.3 本章小结
4 石墨烯动力学性质及拉曼散射实验
4.1 石墨烯晶格动力学性质
4.1.1 单层石墨烯声子谱
4.1.2 单层石墨烯拉曼产生过程
4.2 固体拉曼光谱理论解释
4.2.1 拉曼光谱的经典解释
4.2.2 拉曼散射的量子解释
4.3 石墨烯拉曼散射实验
4.3.1 石墨烯拉曼光谱
4.3.2 石墨烯石墨烯拉曼实验
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯纳米结构的制备及带隙调控研究[J]. 张慧珍,李金涛,吕文刚,杨海方,唐成春,顾长志,李俊杰. 物理学报. 2017(21)
[2]氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展[J]. 郑玉婴,曹宁宁. 材料工程. 2017(06)
[3]石墨烯掺杂研究进展[J]. 胡荣炎,贾昆鹏,陈阳,战俊,粟雅娟. 微纳电子技术. 2015(11)
[4]基于第一性原理对硅取代、掺杂锯齿形石墨烯纳米带的电子结构及输运性质的研究[J]. 陈莹莹,宓一鸣. 人工晶体学报. 2015(03)
[5]石墨烯的制备及石墨烯载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化[J]. 刘雪楠,邓超,高颖,邬冰. 燃料化学学报. 2014(04)
[6]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[7]Ba0.5Ca0.5ZrO3电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 杨丽娟,顾芳,张加宏,刘清惓,崔磊,王帆. 原子与分子物理学报. 2013(02)
[8]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范. 中国科学:化学. 2013(01)
[9]石墨烯的应用研究及展望[J]. 赵承强. 广东化工. 2011(12)
[10]三层石墨烯及其n型和p型插层化合物的制备和拉曼光谱表征[J]. 赵伟杰,刘剑,谭平恒. 光散射学报. 2011(04)
博士论文
[1]石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D]. 许士才.山东师范大学 2014
[2]石墨烯物性的第一性原理研究[D]. 类淑来.中国科学技术大学 2013
[3]石墨烯及其掺杂体系电子结构性质的理论研究[D]. 杜恭贺.西北大学 2010
硕士论文
[1]二维BC2N材料的第一性原理研究[D]. 焦丽娜.西南大学 2016
[2]基于密度泛函理论研究石墨烯掺杂金属Pd的电学光学性质[D]. 缪应蒙.华北电力大学 2014
[3]锐钛矿TiO2高活性（001）面光催化降解NOx机理研究[D]. 赵文文.青岛大学 2013
[4]太赫兹波调控技术及相关功能器件研究[D]. 孙丹丹.电子科技大学 2013
[5]基于石墨烯的太赫兹调制效应的研究[D]. 卜兴华.华中科技大学 2013
[6]基于石墨烯在太赫兹波段表面等离子体激元特性的研究[D]. 王平.华中科技大学 2013
[7]石墨烯纳米带电子结构的第一性原理研究[D]. 胡宽莲.西安电子科技大学 2012
[8]基于Si衬底的石墨烯在太赫兹波段吸收的研究[D]. 胡静.华中科技大学 2011
[9]掺杂石墨烯的电子结构与光学性质研究[D]. 赵朝军.西安电子科技大学 2012
[10]掺杂石墨烯纳米带的电子结构和光学性能[D]. 黄庆广.湖南大学 2011
本文编号：3700846
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3700846.html
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