基于碳纳米管气敏传感器的理论研究
发布时间：2021-04-21 14:33
自碳纳米管被发现以来,其优良的力学、电学、磁学、光学及抗腐蚀等性质,迅速引起了科学界的极大关注,并激发了科学工作者的研究兴趣。碳纳米管具有很高的比表面积且表面有很多悬挂键,这就使得其对气体有很强的吸附性能。气体吸附在碳纳米管上后,大都会和碳纳米管之间发生电荷转移,这就导致碳纳米管费米能级发生变化,进而影响碳纳米管的电导率。气体吸附前后碳纳米管电导率的变化可以用来检测气体,因此碳纳米管在气敏传感器领域有着很好的应用前景。碳纳米管对不同气体具有不同响应且对同一气体不同浓度也有不同响应,这就使得碳纳米管气敏传感器不仅可以检测气体的种类还可以检测气体的浓度。研究表明,与传统的气敏传感器相比,碳纳米管气敏传感器具有响应速度快、恢复时间短、灵敏度高、可重复使用等优点。然而,纯净的碳纳米管只对氢气和氧气等很少的气体有很高的敏感性,对CO、NO等有毒气体并没有很好的响应,这就限制了纯净碳纳米管气敏传感器的发展。为了增加碳纳米管气敏传感器对这些有毒气体的气敏性,我们需要通过掺杂、修饰等手段对纯净的碳纳米管进改性处理。在纯净碳纳米管的研究基础上,本论文研究了硼、氮原子线掺杂对碳纳米管性质的影响。以其中的一...
【文章来源】：上海工程技术大学上海市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 碳纳米管的发现
1.2 碳纳米管的结构及分类
1.3 碳纳米管的性质
1.3.1 碳纳米管的电学性质
1.3.2 碳纳米管的力学性质
1.3.3 碳纳米管的光学性质
1.3.4 碳纳米管的热学性质
1.3.5 碳纳米管的其他性质
1.4 碳纳米管的制备方法
1.4.1 电弧放电法
1.4.2 激光蒸发法
1.4.3 化学气相沉积法（CVD法）
1.5 本论文的选题意义及内容安排
1.5.1 选题意义
1.5.2 内容安排
第二章 研究理论及计算软件介绍
2.1 第一性原理理论
2.1.1 非相对论近似
2.1.2 绝热近似
2.1.3 单电子近似
2.2 密度泛函理论
2.2.1 Thomas-Fermi-Drica近似
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 konh-sham方程
2.3 交换关联能量泛函
2.3.1 局域密度近似
2.3.2 广义梯度近似
2.3.3 杂化密度泛函
2.4 能带计算方法
2.4.1 紧束缚近似
2.4.2 正交化平面波方法
2.4.3 赝势
2.5 本文计算所用的基于密度泛函理论的软件包
2.5.1 VASP软件包
2.5.2 SIESTA软件包
2.6 本章小结
第三章 碳纳米管气敏传感器研究
3.1 气敏传感器概述
3.1.1 气敏传感器的重要指标
3.1.2 气敏传感器的分类
3.2 碳纳米管气敏传感器及其气敏响应机理
3.3 纯净的（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的理论研究
3.3.1 纯净的（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的总能量分析
2的I-V曲线"> 3.3.2 纯净的及吸附氢分子后（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的I-V曲线
2的电导曲线"> 3.3.3 纯净的及吸附氢分子后（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的电导曲线
第四章 硼氮线掺杂对碳纳米管电子及气敏性影响的理论研究
4.1 引言
4.2 模型与计算方法
4.3 计算结果与讨论
4.3.1 各种掺杂构型的稳定性讨论
4.3.2 各种构型的键长变化
4.3.3 各种构型的带隙变化情况
2、CO、H2、NO吸附于硼、氮原子环掺杂碳纳米管的理论研究"> 4.4 Cl2、CO、H2、NO吸附于硼、氮原子环掺杂碳纳米管的理论研究
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文 及取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳纳米材料载体的氢气传感器[J]. 向翠丽,邹勇进,邱树君,褚海亮,孙立贤,徐芬. 化学进展. 2013(Z1)
[2]神奇的碳纳米管[J]. 解思深,李玉宝. 科学. 1999(05)
硕士论文
[1]BC、CN、BCN与石墨烯交替层化合物的第一性原理计算研究[D]. 时建成.华侨大学 2014
[2]硼/氮掺杂碳纳米管与石墨烯吸附性能的第一性原理研究[D]. 姚洁.华中科技大学 2013
[3]碳纳米管制备方法的比较研究[D]. 魏任重.南昌大学 2005
本文编号：3151936
【文章来源】：上海工程技术大学上海市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 碳纳米管的发现
1.2 碳纳米管的结构及分类
1.3 碳纳米管的性质
1.3.1 碳纳米管的电学性质
1.3.2 碳纳米管的力学性质
1.3.3 碳纳米管的光学性质
1.3.4 碳纳米管的热学性质
1.3.5 碳纳米管的其他性质
1.4 碳纳米管的制备方法
1.4.1 电弧放电法
1.4.2 激光蒸发法
1.4.3 化学气相沉积法（CVD法）
1.5 本论文的选题意义及内容安排
1.5.1 选题意义
1.5.2 内容安排
第二章 研究理论及计算软件介绍
2.1 第一性原理理论
2.1.1 非相对论近似
2.1.2 绝热近似
2.1.3 单电子近似
2.2 密度泛函理论
2.2.1 Thomas-Fermi-Drica近似
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 konh-sham方程
2.3 交换关联能量泛函
2.3.1 局域密度近似
2.3.2 广义梯度近似
2.3.3 杂化密度泛函
2.4 能带计算方法
2.4.1 紧束缚近似
2.4.2 正交化平面波方法
2.4.3 赝势
2.5 本文计算所用的基于密度泛函理论的软件包
2.5.1 VASP软件包
2.5.2 SIESTA软件包
2.6 本章小结
第三章 碳纳米管气敏传感器研究
3.1 气敏传感器概述
3.1.1 气敏传感器的重要指标
3.1.2 气敏传感器的分类
3.2 碳纳米管气敏传感器及其气敏响应机理
3.3 纯净的（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的理论研究
3.3.1 纯净的（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的总能量分析
2的I-V曲线"> 3.3.2 纯净的及吸附氢分子后（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的I-V曲线
2的电导曲线"> 3.3.3 纯净的及吸附氢分子后（6,0）、（4,2）、（6,6）三种手性碳纳米管吸附H2的电导曲线
第四章 硼氮线掺杂对碳纳米管电子及气敏性影响的理论研究
4.1 引言
4.2 模型与计算方法
4.3 计算结果与讨论
4.3.1 各种掺杂构型的稳定性讨论
4.3.2 各种构型的键长变化
4.3.3 各种构型的带隙变化情况
2、CO、H2、NO吸附于硼、氮原子环掺杂碳纳米管的理论研究"> 4.4 Cl2、CO、H2、NO吸附于硼、氮原子环掺杂碳纳米管的理论研究
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文 及取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳纳米材料载体的氢气传感器[J]. 向翠丽,邹勇进,邱树君,褚海亮,孙立贤,徐芬. 化学进展. 2013(Z1)
[2]神奇的碳纳米管[J]. 解思深,李玉宝. 科学. 1999(05)
硕士论文
[1]BC、CN、BCN与石墨烯交替层化合物的第一性原理计算研究[D]. 时建成.华侨大学 2014
[2]硼/氮掺杂碳纳米管与石墨烯吸附性能的第一性原理研究[D]. 姚洁.华中科技大学 2013
[3]碳纳米管制备方法的比较研究[D]. 魏任重.南昌大学 2005
本文编号：3151936
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