本文關(guān)鍵詞：二維金剛石（110）納米膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理論研究

  更多相關(guān)文章： 二維 金剛石 納米 結(jié)構(gòu) 質(zhì)的 理論研究

【摘要】：二維納米膜材料具有不同于體相材料的優(yōu)異的力、熱、光、電、磁等物理化學(xué)特性,擁有非常良好的應(yīng)用前景。特別是自從石墨烯材料被發(fā)現(xiàn)以來(lái),與碳相關(guān)的二維納米膜材料的研究引起人們的極大重視,探索新型的二維碳材料并研究其特有性質(zhì)成為重要的研究方向和基礎(chǔ),具有高度的應(yīng)用研究意義。本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算二維(110)金剛石納米膜,研究層數(shù)和表面修飾對(duì)結(jié)構(gòu)演化和性質(zhì)的影響。對(duì)其結(jié)構(gòu)演化、能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度進(jìn)行系統(tǒng)的分析,從而得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)演化和性質(zhì)的變化規(guī)律。從體材料金剛石中沿著垂直于110晶向截取出二維(110)金剛石納米膜初始結(jié)構(gòu),對(duì)層數(shù)由1層增加到7層的金剛石納米膜依次進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并且計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)和電子態(tài)密度,研究由層數(shù)變化所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)演化和電學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律。具體結(jié)果如下:(1)當(dāng)層數(shù)n≤2時(shí),金剛石納米膜發(fā)生結(jié)構(gòu)重構(gòu),變成一層或兩層石墨烯,電學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)出半金屬的性質(zhì)。(2)當(dāng)層數(shù)n≥3時(shí),金剛石納米膜發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫,但是依然保持金剛石體相材料的特征,電學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為金屬性。這種變化產(chǎn)生的原因是由于在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程中,原子間雜化類型由sp2雜化轉(zhuǎn)化為sp3雜化,電學(xué)性質(zhì)的改變與結(jié)構(gòu)表面的弛豫程度是密切相關(guān)的。進(jìn)一步對(duì)二維(110)金剛石納米膜進(jìn)行單側(cè)氫化和雙側(cè)氫化的處理,研究不同氫化類型條件下層數(shù)變化對(duì)其結(jié)構(gòu)演化和性質(zhì)變化的影響。具體計(jì)算結(jié)果如下:(1)單側(cè)氫化處理后,金剛石納米膜的結(jié)構(gòu)演化對(duì)層數(shù)變化的依賴關(guān)系不明顯,金剛石膜氫化側(cè)發(fā)生微小的結(jié)構(gòu)弛豫,未氫化側(cè)發(fā)生較大的弛豫,基本保持了金剛石相,其電學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為金屬性。(2)雙側(cè)氫化處理后,結(jié)構(gòu)發(fā)生微小弛豫,仍然維持金剛石體相材料的結(jié)構(gòu)特征,電學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化,出現(xiàn)直接帶隙,體現(xiàn)出半導(dǎo)體的特性,且隨著層數(shù)增多,帶隙寬度單調(diào)減小,實(shí)現(xiàn)了通過(guò)層數(shù)對(duì)能帶進(jìn)行調(diào)控的目的。綜合以上,與二維(110)金剛石納米膜結(jié)構(gòu)演化結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)氫化處理后的金剛石膜穩(wěn)定性明顯增強(qiáng),更加容易保持金剛石體相特征,無(wú)論是單側(cè)氫化還是雙側(cè)氫化,氫的存在都會(huì)使得結(jié)構(gòu)更容易保持金剛石相。本文我們應(yīng)用第一性原理對(duì)二維(110)金剛石納米膜進(jìn)行理論研究,探索層數(shù)和表面修飾對(duì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。通過(guò)氫化處理來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,通過(guò)層數(shù)變化來(lái)調(diào)控能帶,為金剛石材料應(yīng)用于更多領(lǐng)域提供了便利。
【關(guān)鍵詞】：第一性原理計(jì)算 二維金剛石納米膜 %E5%8F%96%E5%90%91" target="_blank"><110>取向 結(jié)構(gòu)演化 電學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 金剛石的結(jié)構(gòu)和特性10-12
• 1.3 二維碳基納米材料12-18
• 1.3.1 石墨烯12-13
• 1.3.2 石墨烷13
• 1.3.3 Diamane13-14
• 1.3.4 （111）Diamond14-17
• 1.3.5 石墨烯與金剛石膜的轉(zhuǎn)化17-18
• 1.4 本文選題依據(jù)和主要內(nèi)容18-20
• 第二章 理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法20-25
• 2.1 引言20
• 2.2 密度泛函理論20-21
• 2.3 交換關(guān)聯(lián)函數(shù)21-22
• 2.3.1 局域密度近似21
• 2.3.2 廣義梯度近似21-22
• 2.4 CASTEP簡(jiǎn)介22-23
• 2.5 本文使用的計(jì)算方法23-25
• 第三章 二維(110)金剛石納米膜的結(jié)構(gòu)演化和電學(xué)性質(zhì)25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 結(jié)構(gòu)演化和電學(xué)性質(zhì)25-32
• 3.2.1 晶胞及計(jì)算參數(shù)選取25-26
• 3.2.2 二維（110）金剛石納米膜結(jié)構(gòu)演化26-28
• 3.2.3 二維（110）金剛石納米膜形成能計(jì)算28-30
• 3.2.4 二維（110）金剛石納米膜的電學(xué)性質(zhì)30-32
• 3.3 本章小結(jié)32-33
• 第四章 氫化二維(110)金剛石納米膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)的研究33-41
• 4.1 引言33
• 4.2 氫化二維（110）金剛石納米膜結(jié)構(gòu)演化和性質(zhì)研究33-40
• 4.2.1 晶胞及計(jì)算參數(shù)選取33-34
• 4.2.2 氫化二維（110）金剛石納米膜結(jié)構(gòu)演化34-36
• 4.2.3 氫化二維（110）金剛石納米膜形成能計(jì)算36-37
• 4.2.4 氫化二維（110）金剛石納米膜的電學(xué)性質(zhì)37-40
• 4.3 本章小結(jié)40-41
• 第五章 全文總結(jié)41-42
• 參考文獻(xiàn)42-48
• 作者簡(jiǎn)介48-49
• 致謝49-50

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 郭連權(quán);劉虹辰;劉嘉慧;馬賀;李大業(yè);劉冰冰;;單壁碳納米管的電子結(jié)構(gòu)與聲子譜的第一性原理計(jì)算[J];人工晶體學(xué)報(bào);2015年12期

2 陳家華;劉恩克;李勇;祁欣;劉國(guó)棟;羅鴻志;王文洪;吳光恒;;Ga_2基Heusler合金Ga_2XCr(X=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)的四方畸變、電子結(jié)構(gòu)、磁性及聲子譜的第一性原理計(jì)算[J];物理學(xué)報(bào);2015年07期

3 崔文穎;劉子忠;蔣亞軍;王娜;封繼康;;TiO_2表面吸附三氟乙酸的密度泛函理論研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2012年19期

4 曾葉娟;代月花;陳軍寧;;CTM俘獲層材料選取的模擬研究[J];微納電子技術(shù);2012年06期

5 劉波;孫紅娟;彭同江;;石墨烯分子振動(dòng)模式因子群分析與密度泛函計(jì)算[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

6 李耀;張衛(wèi)平;楊強(qiáng);;立方氮化硼電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理計(jì)算[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年S2期

7 周惦武;徐少華;張福全;彭平;劉金水;;Mg-Al-Ca合金系金屬間化合物的力學(xué)性質(zhì)與熱力學(xué)性能第一原理計(jì)算[J];稀有金屬材料與工程;2011年04期

8 吳爭(zhēng)平;尹周瀾;陳啟元;李潔;;氫氧化鋁表面性質(zhì)的CASTEP計(jì)算及其晶面疊合分析[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2009年01期

9 王裕昌;;人造大單晶金剛石的合成技術(shù)進(jìn)展及主要應(yīng)用[J];超硬材料工程;2008年06期

10 鄭蕾;蔣成保;尚家香;朱小溪;徐惠彬;;立方結(jié)構(gòu)Fe基磁性材料彈性系數(shù)第一性原理計(jì)算[J];物理學(xué)報(bào);2007年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 朱黎;CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法在高壓材料和行星科學(xué)中的幾個(gè)典型應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2014年

2 魯少華;CALYPSO表面重構(gòu)預(yù)測(cè)方法及其在金剛石表面中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 宋燕妮;半金屬Heusler材料第一性原理研究[D];南京師范大學(xué);2008年

2 段德芳;高壓下固態(tài)溴的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：843544