本文關(guān)鍵詞：新型二維材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控的第一性原理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2014年

新型二維材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控的第一性原理研究

謝聲意  

【摘要】：納米科學(xué)與納米技術(shù)的發(fā)展日益影響著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并對(duì)人們的日常生活產(chǎn)生了巨大的影響。其中，自從石墨烯在實(shí)驗(yàn)上被成功制備出來以來，具有原子級(jí)別厚度的二維材料引起了人們廣泛的研究興趣。很多二維材料都具備獨(dú)特的電子性質(zhì)，在未來的科學(xué)研究及技術(shù)發(fā)展中將占有十分重要的地位。因此，設(shè)計(jì)具有新物性的二維材料來拓展其在未來高科技領(lǐng)域的發(fā)展是一個(gè)非常重要的研究課題。本文通過基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算，研究了典型二維材料石墨烯的制備方法以及設(shè)計(jì)具有特殊物性的新二維材料，得到了如下的研究結(jié)果： 1.研究了活性金屬鈣等對(duì)二維石墨烯氧化物的還原過程。石墨烯氧化物的還原是高效低成本制備石墨烯的一種有效方法。然而，現(xiàn)有的還原劑如阱氣和硼氫化鈉等對(duì)石墨烯的還原效果不佳，得到的石墨烯質(zhì)量不高。通過第一性原理分子動(dòng)力學(xué)的研究手段，發(fā)現(xiàn)具有高還原能力的堿土金屬鈣能通過石墨烯中未氧化碳原子的空軌道將電子傳遞給氧基團(tuán)，，從而具備高效的還原能力。此外，鈣也能對(duì)石墨烯邊界上的氧基團(tuán)進(jìn)行還原，尤其對(duì)有連接點(diǎn)的半撕裂邊界，還原之后還能對(duì)邊界進(jìn)行縫合，形成更大片層的石墨烯。 2.利用金屬層具有很強(qiáng)給電子的施主特性，設(shè)計(jì)了一種三明治的二維材料MoB4與MgB6。這兩種材料中，金屬單層將電荷轉(zhuǎn)移到缺電子的硼蜂窩結(jié)構(gòu)與硼竹籃結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。設(shè)計(jì)的這兩種材料具有奇特的電子性質(zhì)，如MoB4出現(xiàn)了雙狄拉克錐的能帶特性、設(shè)計(jì)的二維MnB4甚至存在磁性與強(qiáng)電-聲耦合共存的現(xiàn)象，而MgB6具有儲(chǔ)氫能力。所提出的利用外部電荷補(bǔ)償來穩(wěn)定缺電子體系為將來設(shè)計(jì)新的材料及其物性提供了新思路。 3.基于二維材料MoS2的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一類新型的具有偶極矩的二維材料V-Metal-VII系列，展示了這類材料在未來的光電子學(xué)方向上潛在的應(yīng)用。 4.研究了襯底上的單層金屬蜂窩結(jié)構(gòu)以及多層金屬蜂窩結(jié)構(gòu)，展示了這些蜂窩結(jié)構(gòu)所可能具有的鐵磁性質(zhì)并提出了多層金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)模型。從能量穩(wěn)定性的角度，發(fā)現(xiàn)在最初的一兩層內(nèi)，金屬Hf蜂窩格子與下面的襯底Ir作用具有較低的能量，然而，隨著層數(shù)的增加，Hf的三角格子的能量變得更低，從而推斷出外延生長(zhǎng)的金屬結(jié)構(gòu)與其層數(shù)有一定的關(guān)聯(lián)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O469
【目錄】：

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【共引文獻(xiàn)】

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