本文關鍵詞：SiC納米線初期微觀生長模式及Ni液滴尺寸對其影響的理論計算和模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：SiC一維納米材料具有卓越的熱學性能、機械性能、電學性能、磁學、吸波等性能,因此關于SiC一維納米材料的研究和開發(fā)層出不窮。近年來,SiC一維納米材料的研究已成為納米材料研究領域的熱點。SiC納米線的微觀生長模式和機理影響了SiC納米線形貌、微結(jié)構(gòu)、陣列形式,而這些因素決定了納米材料的物理化學性能,因此,探究SiC納米線的初期微觀生長模式對于控制所制備出的SiC納米線的物理化學性能具有重要的意義。本文運用基于第一性原理的從頭算分子動力學模擬的方法,在獲得優(yōu)選催化劑鎳(Ni)的基礎上,結(jié)合氣-液-固(VLS)生長機制,使用Materials Studio軟件和SIESTA軟件模擬研究了SiC納米線在Ni催化劑液滴上的初期微觀生長模式,模擬了SiC納米線在具有最佳催化效果的Ni(111)晶面上的初期微觀生長模式,探究了Ni催化劑液滴的尺寸對SiC納米線初期微觀生長模式的影響。主要的研究內(nèi)容如下:(1)使用Materials Studio軟件建立半徑為4?的Ni催化劑原子簇模型,導出所建立模型的原子坐標數(shù)據(jù)至SIESTA軟件平臺中進行能量計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,計算Ni原子簇模型體系的總能量,然后在已優(yōu)化后的Ni催化劑原子簇表面上分別吸附活性C原子和活性Si原子,用SIESTA軟件進行能量計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,計算每個活性原子的吸附能并比較大小,從而確定在Ni催化劑上吸附的活性原子的種類、位置和吸附能。重復上述過程,不斷向催化劑表面吸附新的活性原子,探究活性原子在Ni催化劑原子簇模型上的吸附規(guī)律。通過計算和分析數(shù)據(jù)得出,在吸附生長的最初階段,活性C原子會優(yōu)先在Ni催化劑表面形成碳原子層,繼續(xù)在碳原子層上吸附活性原子時,活性Si原子優(yōu)先于活性C原子吸附在碳原子層上繼續(xù)生長,形成C、Si原子交替吸附的生長模式。(2)根據(jù)本課題組前期研究優(yōu)選出的Ni(111)晶面為SiC納米線最佳生長晶面的結(jié)果。使用Materials Studio軟件建立鎳催化劑的(111)晶面的模型,并向(111)晶面上分別吸附活性C原子和活性Si原子,使用Materials Studio軟件的Castep模塊對吸附了活性原子的整體模型進行能量計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并計算每個活性原子的吸附能。結(jié)果表明,活性C原子優(yōu)先吸附在Ni(111)晶面上,活性Si原子優(yōu)先于活性C原子吸附在已吸附于Ni(111)的碳原子上,從而形成C、Si原子交替吸附的生長模式。(3)分別建立半徑為4?、5?、6?、的Ni催化劑原子簇模型,考慮Ni催化劑尺寸對SiC納米線初期微觀生長模式的影響。在Materials Studio軟件中建立了Ni催化劑模型,并分別向催化劑的表面和內(nèi)部吸附一個活性C原子或者活性Si原子,導出原子坐標數(shù)據(jù)至SIESTA軟件平臺中進行能量計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)果表明,在催化劑尺寸較小時,活性原子在催化劑表面直接吸附生長,只有當催化劑尺寸達到一定尺寸時,活性原子才會按照VLS生長機理先融入催化劑液滴的內(nèi)部,然后析出生成SiC納米線。
【關鍵詞】：SiC納米線 從頭算分子動力學 催化劑 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O613.72
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 SiC一維納米材料概述10-16
• 1.2.1 SiC一維納米材料及制備方法概述11-12
• 1.2.2 SiC一維納米材料的性能及應用研究概述12-15
• 1.2.2.1 光學性能及應用12-13
• 1.2.2.2 電學性能及應用13-14
• 1.2.2.3 機械性能及應用14
• 1.2.2.4 場發(fā)射性能及應用14-15
• 1.2.3 化學氣相沉積法制備SiC納米線15-16
• 1.2.3.1 化學氣相沉積的定義15
• 1.2.3.2 化學氣相沉積的特點和應用15-16
• 1.2.3.3 SiC納米線的生長機制16
• 1.3 計算機模擬技術在納米材料中的應用16-21
• 1.3.1 計算模擬在納米材料制備中的應用17-18
• 1.3.2 計算模擬在納米材料光學性能研究中的應用18-19
• 1.3.3 計算模擬在納米材料電學性能研究中的應用19-20
• 1.3.4 計算模擬在納米材料機械性能研究中的應用20
• 1.3.5 計算模擬在納米材料場發(fā)射性能研究中的應用20-21
• 1.4 論文選題依據(jù)與研究內(nèi)容21-24
• 1.4.1 選題依據(jù)21-22
• 1.4.2 研究內(nèi)容22-24
• 2 計算方法和模擬軟件24-34
• 2.1 第一性原理24-31
• 2.1.1 第一性原理簡介24-25
• 2.1.2 第一性原理的計算思路25-27
• 2.1.3 分子軌道理論27-29
• 2.1.4 密度泛函理論29-30
• 2.1.4.1 Hohenberg-Kohn定理：多體理論29
• 2.1.4.2 Kohn-Sham方程：有效單體理論29-30
• 2.1.5 從頭算分子動力學方法30-31
• 2.2 Materials Studio軟件簡介31-33
• 2.2.1 MS Visualizer31
• 2.2.2 MS Amorphous Cell31-32
• 2.2.3 MS CASTEP32
• 2.2.4 MS COMPASS32
• 2.2.5 MS Discover32
• 2.2.6 MS Adsorption Locator32-33
• 2.2.7 MS Dmol333
• 2.3 SIESTA軟件簡介33-34
• 3 SiC納米線初期微觀生長模式的理論計算與模擬研究34-55
• 3.1 碳源、硅源以及催化劑模型的構(gòu)建34-36
• 3.2 吸附能計算公式36
• 3.3 計算參數(shù)的設定36-37
• 3.4 活性原子在Ni催化劑上吸附的能量計算和模擬分析37-52
• 3.5 活性原子在碳原子層上吸附的能量計算和模擬分析52-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 4 SiC納米線在Ni(111)晶面上初期微觀生長模式的研究55-60
• 4.1 吸附模型的構(gòu)建55-56
• 4.2 計算參數(shù)的設定56
• 4.3 活性原子在Ni(111)表面上吸附的能量計算和模擬分析56-57
• 4.4 活性原子在已吸附完成的碳原子上吸附的能量計算和模擬分析57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 5 Ni催化劑尺寸對SiC納米線初期微觀生長模式的影響60-73
• 5.1 活性原子在不同尺寸鎳催化劑原子簇上的吸附模型60-63
• 5.2 計算參數(shù)的設定63-64
• 5.3 模擬實驗過程簡述64
• 5.4 活性原子在Ni催化劑表面和內(nèi)部吸附的能量計算與模擬分析64-71
• 5.5 本章小結(jié)71-73
• 6 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士期間的主要成績80-81

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