石墨烯生长及应用的多尺度理论研究

发布时间：2022-11-05 03:43

　　上个世纪以来,随着量子力学的建立,人们对微观世界的认识逐步深入,也更直观。薛定谔方程为我们提供了计算微观粒子行为的基本方法,狄拉克方程进一步考虑到了微观世界可能存在的相对论效应。这两个方程原则上可以解释电子世界的所有现象。然而复杂的多电子耦合使得方程的解析解难以得到。为了解决电子结构计算的问题,人们在量子力学的基础方程之上引入了绝热近似和单电子近似等方法,使得第一性原理计算成为探索物质性质的有力工具。近几十年来,计算化学、计算材料学和计算机科学都出现了巨大的进步。在理论化学方面,密度泛函理论、Kohn-Sham方程以及交换关联能近似方法的提出,使得科研工作者们可以对材料力、热、光、电和声学等各个方面的性质进行较为精确的模拟计算。在计算机科学领域,计算机的软硬件都出现了不断的更新和换代,这些大幅提升了计算能力,使得复杂体系性质的理论计算成为可能。这些领域的发展,不仅让我们能够探索已有物质或预测尚未合成材料的物理化学性质,也使得我们可以对物质合成过程的微观动力学机理进行第一性的理论研究。另一方面,本世纪初以来,随着单层石墨烯的成功剥离,二维材料成为了科研领域的研究热点。二维材料以其独特的结... 

【文章页数】：111 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 理论计算方法简介
    1.1 密度泛函理论
        1.1.1 Honhenberg-Kohn定理
        1.1.2 Kohn-Sham方程
        1.1.3 交换关联泛函
        1.1.4 赝势
    1.2 基元反应速率常数计算
        1.2.1 过渡态理论
        1.2.2 CI-NEB方法
    1.3 蒙特卡罗方法
        1.3.1 动力学蒙特卡罗模拟
        1.3.2 巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟
    1.4 神经网络势
        1.4.1 神经网络的结构及基本性质
        1.4.2 神经网络势的能量计算
        1.4.3 神经网络势的参数优化
    1.5 研究中使用的工具
第二章 石墨烯生长过程中铜表面物种浓度及石墨烯边缘构型
    2.1 研究背景
    2.2 计算细节
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 铜表面物种浓度
        2.3.2 石墨烯边缘构型
    2.4 总结
第三章 碳氢物种在石墨烯边缘的贴附和脱附
    3.1 研究背景
    3.2 计算细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 边缘贴附脱附
        3.3.2 氢对于石墨烯边缘稳定性讨论
    3.4 总结
    3.5 附录
第四章 铜碳体系的神经网络势拟合
    4.1 研究背景
    4.2 计算细节
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 神经网络势的初步训练
        4.3.2 巨正则蒙特卡罗模拟产生补充训练集
    4.4 总结
第五章 二维材料在离子电池负极中的应用
    5.1 研究背景
    5.2 计算细节
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 吸附能计算模型
        5.3.2 B_2S作为负极材料的可能
    5.4 总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3701858