發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 08:04

【摘要】：隨著納米技術(shù)的發(fā)展以及器件的微型化,低維納米材料的研究日漸重要。核殼納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為零維納米材料因其自身的量子尺寸效應(yīng)、表/界面效應(yīng)以及量子限域效應(yīng)等,會(huì)產(chǎn)生許多不同于原始材料的優(yōu)異的光、電、磁、催化等物理化學(xué)性質(zhì)。研究表明貴金屬納米粒子與其他半導(dǎo)體材料相結(jié)合,有助于開(kāi)發(fā)出多功能的新材料,特別是在光電領(lǐng)域,已經(jīng)成為納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。此外,隨著石墨烯的成功制備以及自旋電子學(xué)的發(fā)展,二維磁性納米材料已成為發(fā)展下一代電子器件的理想材料,尤其是二維本征鐵磁半導(dǎo)體,因其同時(shí)具有鐵磁性、半導(dǎo)體性質(zhì)以及超薄的結(jié)構(gòu)特征,將硅基半導(dǎo)體技術(shù)融入其中,能夠推動(dòng)芯片技術(shù)發(fā)展,使得芯片匯集計(jì)算、存儲(chǔ)、通信和信息處理等多種功能,同時(shí)加快數(shù)據(jù)傳輸速度,降低能量耗損,且存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非易失,有望推動(dòng)信息技術(shù)發(fā)生革命性的變化。本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法預(yù)測(cè)了零維金屬-金屬氧化物半導(dǎo)體核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)和二維磁性半導(dǎo)體納米材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì),光學(xué)、磁學(xué)及電子性質(zhì)。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)本文設(shè)計(jì)了一系列零維的Agn@(ZnO)42(n=6-18)核殼異質(zhì)納米結(jié)構(gòu),研究結(jié)果表明Ag13@(ZnO)42為相對(duì)最穩(wěn)定的核殼異質(zhì)納米構(gòu)型。其電子特性及光學(xué)性質(zhì)表明Ag團(tuán)簇作為核內(nèi)嵌在ZnO外殼中時(shí),可以大大提高ZnO對(duì)可見(jiàn)光的吸收。同時(shí)費(fèi)米能級(jí)附近的Ag非占據(jù)態(tài)還可以捕獲從ZnO表面因光激發(fā)躍遷來(lái)的電子,延緩光生電子-空穴對(duì)的再?gòu)?fù)合,進(jìn)一步提高ZnO的光催化效率。因此Ag13@(ZnO)42核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)有望在光電子器件和光催化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。(2)核殼納米材料的性能與其結(jié)構(gòu)的多樣性密切相關(guān)。本工作構(gòu)建了一個(gè)與之前結(jié)構(gòu)不同的核殼模型,Ag12@(ZnO)30核殼納米結(jié)構(gòu),研究結(jié)果表明Ag12@(ZnO)30核殼納米結(jié)構(gòu)是一個(gè)磁性材料,磁性主要來(lái)源于Ag內(nèi)核和ZnO外殼界面處的部分O原子。與純的ZnO體材料相比,其在可見(jiàn)光區(qū)域具有很強(qiáng)的吸收峰。因此Ag12@(ZnO)30核殼異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生微弱的磁性,并提高ZnO對(duì)可見(jiàn)光的吸收,為其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(3)二維的CrSiTe3是本征的鐵磁半自旋半導(dǎo)體,已被實(shí)驗(yàn)工作通過(guò)機(jī)械剝離的方法獲得。本論文構(gòu)建了 15種帶有本征缺陷的CrSiTe3結(jié)構(gòu),利用第一性原理計(jì)算了體系的缺陷形成能,研究結(jié)果表明CrSi或SiCr本征反位缺陷在單層CrSiTe3中更容易產(chǎn)生。電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)表明這兩種缺陷使單層CrSiTe3變成了雙極磁性半導(dǎo)體(BMS),且其BMS性質(zhì)不受雙軸拉伸應(yīng)變和外電場(chǎng)的影響。這兩個(gè)缺陷體系在室溫下也能夠穩(wěn)定存在。因此缺陷工程是獲取雙極磁性半導(dǎo)體的一種有效手段,同時(shí)這也為自旋電子器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。(4)為了尋找本征的雙極磁性半導(dǎo)體,本工作利用第一性原理計(jì)算預(yù)測(cè)了單層GdI2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子性質(zhì)。研究結(jié)果表明單層GdI2可以通過(guò)機(jī)械剝離的方法獲得,其具有良好的晶格和熱動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。有趣的是,它是一個(gè)間接帶隙的本征雙極磁性半導(dǎo)體,在體系中引入不同類(lèi)型的載流子可以使其產(chǎn)生不同自旋方向的導(dǎo)電性通道。單層的GdI2還是很好的鐵谷材料,具有約130 meV的自發(fā)谷劈裂。且谷劈裂和雙極磁性半導(dǎo)體特性幾乎不受應(yīng)變的影響。綜上所述,單層的GdI2在自旋電子器件和谷電子器件領(lǐng)域均具有潛在的應(yīng)用價(jià)值,這將有利于量子信息工程的發(fā)展。
【圖文】：

度上進(jìn)行設(shè)計(jì)和剪裁，內(nèi)核和外殼材料之間又存在相互耦合作用，因而具有逡逑許多不同于原始材料的獨(dú)特的光、電、磁、催化等物理化學(xué)性質(zhì)，在生物醫(yī)逡逑療、能源環(huán)境以及信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價(jià)值［１７＿１９］，如圖１－１所示。逡逑－２０－逡逑

再者Ａｇ與ＺｎＯ復(fù)合的納米材料，還可以延緩光生電子－空穴對(duì)的再?gòu)?fù)合。因逡逑此Ａｇ與ＺｎＯ復(fù)合將有望提高ＺｎＯ納米材料對(duì)可見(jiàn)光的吸收，，進(jìn)一步增強(qiáng)其逡逑在光電子器件和光催化領(lǐng)域的應(yīng)用，如圖１－２所示。逡逑ＲｅｄｕＣｔｉ0ｎＶ邋＿邋Ｗ逡逑圖１－２在光催化反應(yīng)過(guò)程中，光照射在金屬－金屬l#化物半導(dǎo)體核殼結(jié)構(gòu)表面時(shí)光生電逡逑子－空穴對(duì)的分離示意圖，圖片來(lái)源于１２７１逡逑目前眾多國(guó)內(nèi)外研究小組已經(jīng)合成了多種類(lèi)型的Ａｇ／ＺｎＯ復(fù)合納米材料逡逑并研宄了其相關(guān)性能。如Ｍａｎｕｅｌ邋Ｍａｃｉａｓ－Ｍｏｎｔｅｒｏ等人合成了一種用Ａｇ納米逡逑粒子修飾ＺｎＯ空心納米棒的新型納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，并討論了其生長(zhǎng)機(jī)制與潤(rùn)濕逡逑性。研究結(jié)果表明Ａｇ＠ＺｎＯ納米棒引起了顯著的表面等離子體效應(yīng)和各向異逡逑性［２８，２９］］；邋Ｓｏｕｒａｖ邋Ｄａｓ等人研究了已合成的Ａｇ＠ＺｎＯ核殼納米結(jié)構(gòu)的光催化逡逑性能，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ａｇ＠ＺｎＯ核殼納米結(jié)構(gòu)有超強(qiáng)的光催化能力［３（）］；邋Ｙａｎ逡逑Ｚｈａｏ等人使用脈沖激光器首次在液相中合成了邋Ａｇ＠ＺｎＯ核殼納米結(jié)構(gòu)，并逡逑發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變ＺｎＯ殼層的厚度可以很好的調(diào)節(jié)體系的表面等離子體效應(yīng)［３１］；逡逑Ｍａｔｉ＇ａｓ邋Ｅ．邋Ａｇｕｉｒｒｅ研究小組明確闡釋了邋Ａｇ＠ＺｎＯ核殼結(jié)構(gòu)，ＺｎＯ覆蓋層可以逡逑－２２－逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李彥菊;高飛;;納米材料研究進(jìn)展[J];甘肅石油和化工;2011年04期

2 閆宏芹;;淺述納米材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用[J];中國(guó)粉體工業(yè);2008年05期

3 王策;;有機(jī)納米材料成為研究焦點(diǎn)[J];國(guó)際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài);2003年02期

4 ;我國(guó)正式實(shí)施七項(xiàng)納米材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[J];中國(guó)粉體工業(yè);2008年02期

5 孫鎮(zhèn)鎮(zhèn);;我國(guó)納米材料發(fā)展問(wèn)題與前景展望[J];中國(guó)粉體工業(yè);2016年05期

6 ;法國(guó)對(duì)納米材料實(shí)施申報(bào)制度[J];中國(guó)粉體工業(yè);2013年02期

7 ;新型二維納米材料可能帶來(lái)電子工業(yè)革命[J];中國(guó)粉體工業(yè);2013年01期

8 郭建民;;納米材料在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用[J];常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2005年03期

9 ;國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布納米材料分類(lèi)新標(biāo)準(zhǔn)[J];中國(guó)粉體工業(yè);2010年05期

10 舒茜;;納米材料的性質(zhì)及制備[J];廣東化工;2018年23期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張立德;;納米材料和產(chǎn)業(yè)面臨的新轉(zhuǎn)折和新挑戰(zhàn)[A];中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展工程科技論壇專(zhuān)家報(bào)告集[C];2005年

2 李鐘號(hào);;離子液體調(diào)控納米材料的合成及其電催化性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十六屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集——第二分會(huì)：功能微納米材料[C];2017年

3 常麗君;;未來(lái)納米材料設(shè)計(jì):進(jìn)化與計(jì)算的結(jié)合[A];《科學(xué)與現(xiàn)代化》2015年第1期（總第062期）[C];2015年

4 譚志強(qiáng);劉景富;陰永光;江桂斌;;中空纖維流場(chǎng)流分離技術(shù)在典型納米材料環(huán)境行為研究中的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十一屆全國(guó)生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)（食品與環(huán)境分析分會(huì)）論文摘要集[C];2016年

5 王偉智;盧雅靜;徐雅飛;劉倩;汪欣欣;;花狀結(jié)構(gòu)硫化鎘納米材料:液相制備與光催化性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第四十二分會(huì)：能源納米材料物理化學(xué)[C];2016年

6 黃義;史艷梅;張z齜

本文編號(hào)：2683223