發(fā)布時間：2020-08-07 01:40

【摘要】：在這個科技日新月異的時代,新材料的發(fā)現(xiàn)會極大地促進經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,很多尖端制造領(lǐng)域的發(fā)展都和材料領(lǐng)域的每一次突破息息相關(guān)。石墨烯出現(xiàn)后,材料界掀起了一場探索二維材料的熱潮,探索和調(diào)控二維材料的物化性質(zhì)成為低維納米材料領(lǐng)域的主要研究方向。常規(guī)的實驗方法來設(shè)計制備新材料,不僅有一定的局限性,而且耗時耗力效率低。隨著量子力學(xué)和計算機技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值模擬求解復(fù)雜體系薛定諤方程的方式已經(jīng)實現(xiàn),體系的物化性質(zhì)進而也可以獲取。這樣,我們可以根據(jù)理論結(jié)果初步篩選一些制備或改良的材料體系,為實驗制備提供指導(dǎo)。本文通過基于密度泛函理論的第一性原理方法預(yù)測了一種新型的二維材料-五邊形氧化鋅(penta-ZnO_2)。這個新的二維材料的晶體結(jié)構(gòu)不同于以往六邊形的類石墨烯二維材料,它和開羅五邊形瓷磚圖案相似。首先,針對預(yù)測的五邊形氧化鋅結(jié)構(gòu),我們分別從能量、動力學(xué)以及機械力學(xué)上證實了它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。五邊形氧化鋅的結(jié)合能為-4.203 eV/atom,比類石墨烯氧化鋅(g-ZnO)的值小,但比體相纖鋅礦氧化鋅(bulk-ZnO)的值大,這從能量上證實了五邊形氧化鋅可以穩(wěn)定存在;五邊形氧化鋅的聲子譜中沒有虛頻,從動力學(xué)上證實了五邊形氧化鋅可以穩(wěn)定存在;通過擬合單軸、雙軸和剪切應(yīng)變的能量曲線計算出五邊形氧化鋅的彈性常數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)C_(11)C_(22)-C_(12)~20和C_(66)0,這五邊形氧化鋅的彈性常數(shù)滿足Born-Huang準則,從機械力學(xué)上證實其可穩(wěn)定的存在。在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn)它在電子學(xué)、光學(xué)和力學(xué)上具有一些獨特的性質(zhì)。五邊形氧化鋅易彎曲變形,本身具有負泊松比效應(yīng)。使用Heyd-Scuseria-Ernzerhof(HSE06)雜化泛函計算五邊形氧化鋅的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度發(fā)現(xiàn)五邊形氧化鋅是一個帶隙達到4.53 eV的準直接帶隙半導(dǎo)體材料,另外我們作出五邊形氧化鋅的電荷密度差分圖來闡述它的成鍵情況。通過計算五邊形氧化鋅的介電函數(shù),我們得到吸收系數(shù)、反射率和折射率等參數(shù),進而分析出五邊形氧化鋅的可見光的透光率幾乎達到100%。五邊形氧化鋅獨特的電子、彈性和光學(xué)性質(zhì)使得它在光電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。柔性好和光透過率高使得五邊形氧化鋅成為一種很有前途的柔性透明電極。此外,我們還在六方氮化硼(h-BN)片層上設(shè)計了兩種布滿規(guī)則間隔的三角孔缺陷結(jié)構(gòu)(V_B-BN和V_N-BN)。我們發(fā)現(xiàn)這兩種體系都會自發(fā)產(chǎn)生磁性。在結(jié)構(gòu)V_B-BN中,磁性主要歸功于雙配位的N原子,三配位的N原子次之,磁矩分別為0.100和0.059μ_B。在結(jié)構(gòu)V_N-BN中,雙配位的B原子對V_N-BN磁性起主要貢獻作用,三配位的B原子次之,磁矩分別為0.132和0.072μ_B。更有趣的是,V_B-BN是金屬性的,而V_N-BN屬于半金屬。V_N-BN的能帶圖中自旋向上部分是金屬性的,而自旋向下電子態(tài)是一個帶隙4.2 eV的絕緣體。由于金屬性不具有壓電性質(zhì),針對結(jié)構(gòu)V_N-BN使用密度泛函微擾理論DFPT方法計算其壓電性質(zhì),它的壓電應(yīng)力常數(shù)e_(11)是h-BN的壓電應(yīng)力常數(shù)的1.5倍,壓電應(yīng)變常數(shù)d_(11)(12.42pm/V)是h-BN的20倍左右。氮空位調(diào)控后的六方氮化硼片層可以同時具有磁性和較好的壓電性質(zhì),此材料可被用于同時需要磁性和壓電性的納米裝置中。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1
【圖文】：

一種理化性質(zhì)非常不錯的納米材料，深受材料界的人的喜愛。碳原子以 sp2方式雜化，且為剩余的 p 軌道提供一個電子，最些形成 π 鍵的電子可以自由自在地在原子之間活動，這就是石原因。這些電子在石墨烯中的活動速率很快，是光速的 1/300導(dǎo)體中的運動速度。石墨烯結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定并且柔韌性很好，即使碳原子之間形成的化學(xué)鍵也不會斷裂。原子和分子還可以在石附和脫附過程，因此石墨烯的功能化研究層出不窮。它的硬度烯優(yōu)異的性能真的很多，遷移率高、比表面積大、力學(xué)強度優(yōu)一系列優(yōu)異的特性使得它可以被制成現(xiàn)在常見的手機、電腦的也可以用于制作發(fā)光二極管，光學(xué)探測器，能量收集器等。石隙的半導(dǎo)體材料，我們可以通過進一步功能化修飾它打開它的生產(chǎn)應(yīng)用中。

）的俯視圖和側(cè)視圖�；疑蚝图t色球分別代表鋅原子和氧原子。黑色虛線標記的正方形區(qū)域代表了一個原胞。如圖3.1，優(yōu)化的penta-ZnO2晶體結(jié)構(gòu)屬于p-421m 對稱性點群(空間群為 113號)。這優(yōu)化的晶格常數(shù)是 a=b=4.49 。penta-ZnO2的弛豫結(jié)構(gòu)由三層原子層組成，中間層是 Zn 原子，上下兩層是 O 原子，這與 Zn 和 O 原子位于同一平面上的類石墨烯氧化鋅的結(jié)構(gòu)不同。原胞包含四個氧原子和兩個鋅原子，在圖中用黑色虛線標記。鋅原子用灰色球來表示的，氧原子用紅色球表示。每個鋅原子和四個氧原子鍵合，都是四配位。在 penta-ZnO2原胞中

第 3 章 五邊形氧化鋅的彈性、電子和光學(xué)性質(zhì)的研究泊松比 ν12=ν21=-0.14 是負值，與大多數(shù)現(xiàn)有材料(包括所有其他氧化鋅化正值泊松比屬性相反。這個負泊松比的值遠大于-0.068，是五邊形石墨烯大約 2 倍[6]。這一事實意味著，當這種材料被拉伸時，它在彈性范圍內(nèi)被伸時縱向膨脹比五邊形石墨烯容易得多。通常，正泊松比的材料，在橫向行單軸拉伸時，縱向會收縮。而負泊松比材料是膨脹的。幾乎所有負泊松的微觀結(jié)構(gòu)都是需要被功能化設(shè)計的體材料。相比于需要結(jié)構(gòu)功能化的體說，五邊形氧化鋅的負泊松比效應(yīng)是本身固有的。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳鑫;趙倩倩;王曉春;陳軍;巨新;;Linear optical properties of defective KDP with oxygen vacancy: First-principles calculations[J];Chinese Physics B;2015年07期

本文編號：2783274