单壁碳纳米管的电子结构、声子谱及杨氏模量的计算

发布时间：2017-07-06 11:12

  本文关键词：单壁碳纳米管的电子结构、声子谱及杨氏模量的计算

  更多相关文章： 单壁碳纳米管 密度泛函及第一性原理 电子结构 声子谱 弹性模量

【摘要】：碳纳米管具有独特的物理性能,它是一种倍受人们关注的新型纳米材料,而且在复合材料领域、纳米机械方面、电子材料、医疗设施等领域有着广泛的应用。而碳纳米管的纳米器件设计和应用则需要对其电子结构及有关力热性能有较深入的认识和理解。因此,论文“单壁碳纳米管的电子结构、声子谱及杨氏模量的计算”具有重要的理论意义与价值。本文针对三种结构类型的单壁碳纳米管的电子结构和声子谱及弹性模量,采用基于密度泛函理论的第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算。在完成建模和结构优化的基础上,对(10,10)扶手椅型、(6,0)锯齿型和(4,2)螺旋型单壁碳纳米管的电子能带及电子态密度、声子谱及声子态密度及弹性模量进行了理论计算,并对计算结果进行了理论分析。计算结果表明:(10,10)及(6,0)单壁碳纳米管无能量禁带,它们属于金属型管;而(4,2)单壁碳纳米管有一宽度为0.85eV的能量禁带,它属于半导体型管。在以上三种管的声子谱中,它们依次有120条、72条和168条(其中有简并情况)色散曲线,并且它们的声子态密度依次在频率41.88 THz、23.95THz和23.43 THz处出现最大值,即在这些频率附近的格波数目最多。(10,10)(6,0)(4,2)的弹性模量的计算结果分为580.762Gpa、1046.436Gpa、637.80Gpa,其结果与其他学者实验及理论研究的结果基本相符。本文的计算结果为相关的理论及应用研究提供了有益的参考。
【关键词】：单壁碳纳米管 密度泛函及第一性原理 电子结构 声子谱 弹性模量
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 碳纳米管的发现和研究现状9-10
• 1.1.1 典型碳材料9
• 1.1.2 碳素材料中的又一新的生长点——碳纳米管的发现9-10
• 1.2 单壁碳纳米管的结构及分类10-12
• 1.3 碳纳米管的物理性能及应用12-16
• 1.3.1 力学性质及应用12-13
• 1.3.2 电学性质及应用13
• 1.3.3 热学性能及应用13
• 1.3.4 磁学性质及应用13-14
• 1.3.5 电子发射性能及应用14
• 1.3.6 光学性质14
• 1.3.7 低温库仑阻塞效应14-15
• 1.3.8 储氢性能及应用15-16
• 1.4 本课题目的、意义与工作设想16-18
• 1.4.1 本课题目的16
• 1.4.2 选题意义16
• 1.4.3 工作设想及目标16-18
• 第2章 密度泛函理论及Materials Studio软件18-27
• 2.1 多粒子体系的SCHRDINGER方程18-19
• 2.2 玻恩-奥本海默近似19
• 2.3 哈特利-福克近似19-21
• 2.4 密度泛函理论21-22
• 2.4.1 霍亨伯格—孔恩定理21-22
• 2.4.2 孔恩-沈吕九方程22
• 2.5 局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）22-24
• 2.5.1 局域密度近似（LDA）22-23
• 2.5.2 广义梯度近似（GGA）23-24
• 2.6 常用赝势24
• 2.7 MATERIALS STUDIO计算软件24-27
• 第3章 SWCNT的电子结构、声子谱及弹性模量的计算27-42
• 3.1 计算方法27
• 3.2 计算模型27-29
• 3.3 能带及电子态密度的计算与分析29-34
• 3.3.1 能带及电子态密度曲线计算29-33
• 3.3.2 能带及电子态密度曲线分析33-34
• 3.4 声子谱及声子态密度的计算与分析34-38
• 3.4.1 声子谱及声子态密度曲线计算34-37
• 3.4.2 声子谱及声子态密度曲线分析37-38
• 3.5 弹性模量的计算与分析38-42
• 第4章 结论42-43
• 参考文献43-47
• 在学研究成果47-48
• 致谢48

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本文编号：525956