三維碳、硼網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浒虢饘?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-07-25 08:39
【摘要】：硼、碳元素由于其豐富的原子成鍵特征擁有大量的同素異形體結(jié)構(gòu)。近年來(lái),一些硼、碳同素異形體結(jié)構(gòu)的成功制備更是吸引了人們的目光。譬如,多種二維硼烯結(jié)構(gòu)和一些三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)先后被實(shí)驗(yàn)報(bào)道。另一方面,拓?fù)洳牧鲜悄壳傲硪粋�(gè)研究熱點(diǎn),各種零維點(diǎn)、一維線(xiàn)、二維面的拓?fù)浒虢饘僭乇幌嗬^提出并被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是,目前提出的大部分三維拓?fù)洳牧习|(zhì)量較重、具有強(qiáng)自旋軌道耦合的元素,而對(duì)三維硼、碳結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫再|(zhì)的研究還較少。本論文對(duì)三維碳、硼材料的拓?fù)湫再|(zhì)展開(kāi)研究,提出新結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新的拓?fù)湓睾屯負(fù)洮F(xiàn)象。本論文共六章。第一章,我們介紹了碳、硼材料的研究和發(fā)展,特別值得注意的是最近兩個(gè)實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)制備的三維碳晶體結(jié)構(gòu)。另外,也總結(jié)了拓?fù)浒虢饘俚难芯亢桶l(fā)展。第二章我們介紹了第一性原理理論及計(jì)算方法。第三章我們研究了最近發(fā)現(xiàn)的碳蜂窩(CHCs)結(jié)構(gòu)的電子和聲子輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明,這些碳網(wǎng)絡(luò)是多孔的三重簡(jiǎn)并點(diǎn)拓?fù)浣饘?沿著碳蜂窩軸的方向有兩種相互獨(dú)立的電子輸運(yùn)通道。在這些碳網(wǎng)絡(luò)中聲子的輸運(yùn)也具有很強(qiáng)的各向異性。計(jì)算結(jié)果還表明這些多孔的碳網(wǎng)絡(luò)具有很高的氣體原子和分子存儲(chǔ)容量,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。第四章我們提出了拓?fù)涔?jié)點(diǎn)環(huán)半金屬的分類(lèi),并以碳網(wǎng)絡(luò)為例,通過(guò)能帶色散的斜率說(shuō)明這些拓?fù)涔?jié)點(diǎn)環(huán)的完整分類(lèi)可以在碳結(jié)構(gòu)中存在。第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)環(huán)是由斜率符號(hào)相反的兩條能帶相交形成的第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成；第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)環(huán)是由斜率符號(hào)相同的兩條能帶相交形成的第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成;第三類(lèi)節(jié)點(diǎn)環(huán)是在一個(gè)方向上是由第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成,而在與它垂直的方向上是由第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成。這些拓?fù)湎嘣谔季W(wǎng)絡(luò)中可以通過(guò)應(yīng)力作用相互轉(zhuǎn)化。第五章提出了一個(gè)新的三維硼結(jié)構(gòu)3D-α'硼,鑒定為拓?fù)涔?jié)點(diǎn)鏈半金屬。在動(dòng)量空間中,六個(gè)節(jié)點(diǎn)線(xiàn)和環(huán)相互接觸形成受鏡面、滑移面和時(shí)空反演對(duì)稱(chēng)性保護(hù)的新穎紡錘狀節(jié)點(diǎn)鏈。各向異性的節(jié)點(diǎn)鏈導(dǎo)致各種“鼓膜”表面態(tài)。另外,3D-α'硼呈現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性,因?yàn)樗怯筛叻�(wěn)定的α'硼薄片堆垛形成的。第六章是我們對(duì)前面研究工作的總結(jié),并對(duì)將來(lái)的研究工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB30
【圖文】：
１．２．１零維：碳、硼團(tuán)簇和富勒烯逡逑碳團(tuán)簇通常由激光氣化石墨烯，再經(jīng)過(guò)退火處理形成，這樣會(huì)產(chǎn)生大量逡逑不同尺寸的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)（如圖１．１）。它是由幾個(gè)到幾千個(gè)原子組成相對(duì)穩(wěn)定的微觀(guān)逡逑和亞微觀(guān)聚集體，空間尺寸一般為幾個(gè)埃到幾百埃。逡逑髻逡逑圖１．１邋Ｃ？團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)。（ａ）邋Ｃ２４—個(gè)五邊形的ｂｏｗｌ，邋Ｏ，，籠，Ｚ）６富勒稀，環(huán)和薄片，（ｂ）逡逑Ｃ２６富勒烯和一個(gè)五邊形薄片，（ｃ）邋Ｃ２８薄片和富勒稀，（ｄ）邋Ｃ３２富勒烯。逡逑２逡逑
提出了邋＝邋１１－５５）的基態(tài)構(gòu)造［２２］，同時(shí)也逐漸的擴(kuò)展到尺寸為幾千個(gè)原子。逡逑在團(tuán)簇結(jié)構(gòu)形狀上，有籠狀形，平面形，近平面形，圓環(huán)形等，其中最著名的籠逡逑狀團(tuán)簇為實(shí)驗(yàn)上制備的Ｃ６０和Ｃ７０富勒烯［２３，２４Ｕ?qǐng)D１．２），目前有很多制備富勒烯逡逑的方法，包括電弧法、熱蒸發(fā)法、燃燒法和化學(xué)氣相沉積法等。逡逑，懌逡逑圖１．２邋（ａ）邋ＣＭ和（ｂ）邋Ｃ７Ｑ富勒烯。逡逑另一方面’相對(duì)于碳，硼團(tuán)簇ａ，—般ｎ探宄的范圍是３到１００個(gè)原子，去逡逑鑒定團(tuán)簇全局能量最低是研宄硼團(tuán)簇至關(guān)重要的一步。然而隨著ｎ的增大，由于逡逑豐富多樣的Ｂ－Ｂ鍵可能會(huì)產(chǎn)生隨著指數(shù)增長(zhǎng)的同分異構(gòu)體（如圖１．３）。逡逑⑷邋Ｅ邋ｈ邋（ｅＶ／ａｔｏｍ）邐＃Ｐ邋（ｂ）逡逑５’４邐＾：：：：：：邐ｐｌａｎｅ邋ｏｒ邋ｑｕａｓｉ－ｐｌａｎｅ逡逑５２；邐－ｃａ９ｅ逡逑，0：邐ｗｙｃ逡逑４．８－邋Ｐ逡逑４邋＾逡逑４４邐邐１邐１邐１邐１邐１邐１邐１逡逑１０邐２０邐３０邐４０邐９逡逑圖１．３硼團(tuán)簇結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性。（ａ）邋Ｂｎ邋（ｎ邋＝邋７－４０）團(tuán)簇在電中性態(tài)下每個(gè)原子的形逡逑成能，計(jì)算采用的是ＰＢＥ０泛函。黑色星星代表準(zhǔn)平面或者雙管式結(jié)構(gòu)（＾邋＝邋２０），其逡逑中紅色圈代表籠狀結(jié)構(gòu)（ｎ邋＝邋３０，３６，４０邋）。（ｂ）從平面或者準(zhǔn)平面到類(lèi)似籠狀再到逡逑ｃｏｒｅ－ｓｈｅ邋１１結(jié)構(gòu)展示出硼團(tuán)簇依賴(lài)尺寸構(gòu)造的演化［２Ｇ］。逡逑３逡逑
功制備［４Ｍ５］，理論計(jì)算表明由硼元素以及金屬硼化物制成的一維納米結(jié)構(gòu)比碳納逡逑米管以及其他相關(guān)的一維體系具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性以及導(dǎo)電性［４６＇４７］。逡逑此外，硼納米線(xiàn)的電子性質(zhì)和直徑可以得到實(shí)驗(yàn)的合成和控制［４８］。因此，無(wú)論是逡逑導(dǎo)體還是半導(dǎo)體元件都可以從硼納米線(xiàn)中獲得納米電子器件。這些有利的前景激逡逑發(fā)了人們研究硼納米結(jié)構(gòu)的興趣。逡逑２．３二維：碳、硼薄膜同素異形體逡逑很長(zhǎng)一段時(shí)間人們認(rèn)為二維（２Ｄ）晶格在自然界中是不穩(wěn)定的。直到２００４逡逑年，通過(guò)透明膠帶從石墨中剝離出一個(gè)碳原子厚度的六角蜂窩晶格－石墨烯［３］打逡逑破了這個(gè)不可實(shí)現(xiàn)的預(yù)言。石墨烯的發(fā)現(xiàn)，由于它在基礎(chǔ)和應(yīng)用上具有廣闊的前逡逑景吸引了科學(xué)界極大的研究興趣。特別是石墨烯的狄拉克錐結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出無(wú)質(zhì)量的逡逑狄拉克費(fèi)米子，導(dǎo)致半整數(shù)［４９］、分?jǐn)?shù)［５（）］和不規(guī)則［５１］量子霍爾效應(yīng)，超高的載流逡逑子遷移率，熱導(dǎo)率，力學(xué)強(qiáng)度和比表面積以及許多其他的新穎現(xiàn)象和性質(zhì)。石墨逡逑烯的極大發(fā)展也為發(fā)現(xiàn)更多的二維材料開(kāi)啟了研宄的大門(mén)。逡逑 【相似文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：2769592
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【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
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2 武志堅(jiān);王靜;;反鐵磁半金屬材料理論研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第13分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年
3 姚曉靜;袁士俊;王金蘭;;銪及硼摻雜的環(huán)辛四烯配體組成的三明治納米線(xiàn)及其在Ge(001)襯底上的電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第四十分會(huì)：納米體系理論與模擬[C];2016年
4 吳孔平;顧書(shū)林;朱順明;;Ga和Mn共摻ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性[A];第十五屆全國(guó)化合物半導(dǎo)體材料，微波器件和光電器件學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年
5 李治林;陳洪祥;金士鋒;郭麗偉;陳小龍;;外爾半金屬TaAs家族大尺寸單晶生長(zhǎng)與形貌控制[A];中國(guó)晶體學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨會(huì)員代表大會(huì)論文摘要集——多晶（粉晶）衍射分會(huì)[C];2016年
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1 記者 桂運(yùn)安;中科大發(fā)現(xiàn)新型半金屬磁性材料[N];安徽日?qǐng)?bào);2014年
相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條
1 呂佰晴;拓?fù)浒虢饘俚慕欠直婀怆娮幽茏V研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所);2018年
2 潘海洋;拓?fù)浒虢饘貱d_3As_2納米線(xiàn)和ZrSiSe塊體的量子輸運(yùn)研究[D];南京大學(xué);2017年
3 邵德喜;若干拓?fù)浒虢饘俚牡谝恍栽硌芯縖D];南京大學(xué);2018年
4 付東之;WTe_2、PtTe_2等第二類(lèi)拓?fù)浒虢饘俚妮斶\(yùn)性質(zhì)研究[D];南京大學(xué);2018年
5 高文帥;拓?fù)浒虢饘貾tBi_2體系的磁輸運(yùn)特性研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年
6 王永建;一些新型拓?fù)浒虢饘俚妮斶\(yùn)行為研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年
7 孫浩;拓?fù)浞瞧接共牧弦约拌F磁半金屬的第一性原理研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年
8 陳俊;d~0半金屬磁性和Josephson結(jié)中電特性的研究[D];華中科技大學(xué);2011年
9 李星星;自旋電子學(xué)材料和光解水催化材料的第一性原理計(jì)算與設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年
10 劉宗民;類(lèi)石墨烯體系電子結(jié)構(gòu)和磁電效應(yīng)的第一性原理研究[D];復(fù)旦大學(xué);2013年
相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條
1 高炎;三維碳、硼網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浒虢饘賉D];湘潭大學(xué);2018年
2 龔城;二維薄膜堆垛成的三維拓?fù)浣饘?半金屬[D];湘潭大學(xué);2018年
3 石賢彪;拓?fù)浒虢饘俸丸F基超導(dǎo)材料的第一性原理研究[D];河南師范大學(xué);2018年
4 張俊利;Weyl半金屬異質(zhì)結(jié)中的量子輸運(yùn)問(wèn)題的研究[D];電子科技大學(xué);2018年
5 熊楓;具有節(jié)線(xiàn)圈拓?fù)浒虢饘俚耐負(fù)浼拜斶\(yùn)性質(zhì)的理論研究[D];南京大學(xué);2018年
6 林信爐;Wey1半金屬的輸運(yùn)性質(zhì)[D];浙江大學(xué);2016年
7 程喚齡;高自旋極化率半金屬的第一性原理研究[D];福建師范大學(xué);2009年
8 王周宇;Weyl半金屬超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)中的電子輸運(yùn)性質(zhì)[D];南京師范大學(xué);2017年
9 邢月;閃鋅礦結(jié)構(gòu)半金屬的第一性原理研究[D];燕山大學(xué);2010年
10 王娟;基于第一性原理計(jì)算的半金屬磁性材料電子結(jié)構(gòu)和自旋結(jié)構(gòu)研究[D];武漢理工大學(xué);2007年
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