本文關(guān)鍵詞：碲化鉍納米材料的制備及電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的模擬

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【摘要】：隨著量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn),拓?fù)浣^緣體開始走進(jìn)了科學(xué)家們的視野中。由于拓?fù)浣^緣體是一種特殊的量子物質(zhì)態(tài),所以其導(dǎo)電性能與傳統(tǒng)的導(dǎo)體與絕緣體的相比完全不同,具體表現(xiàn)為:材料的內(nèi)部是絕緣體,而表面呈現(xiàn)出導(dǎo)體的性質(zhì)。作為拓?fù)浣^緣體中最具代表性物質(zhì)——碲化鉍,具有室溫下最高的熱電優(yōu)值,并且因其具有比較窄的能隙,因而在熱電材料、相變儲能材料以及拓?fù)浣^緣體等方面有著極高的應(yīng)用價值,現(xiàn)如今受到越來越多的科學(xué)家們的關(guān)注。本研究首先采用物理氣相沉積的方法,制備碲化鉍納米材料,并討論相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件對碲化鉍納米材料形貌的影響趨勢。實(shí)驗(yàn)表明,在一定條件下,沉積溫度越高,越容易形成納米線結(jié)構(gòu);氣體流速越快,越容易形成納米線結(jié)構(gòu);沉積的基板的晶格參數(shù)與碲化鉍的晶格參數(shù)有差異時,差異越大,越不容易沉積;沉積距離越遠(yuǎn),沉積效果越不好。依據(jù)第一性原理的相關(guān)知識,使用計(jì)算機(jī)模擬軟件Materials Studio 7.0進(jìn)行第一性原理的相關(guān)模擬。使用“Reflex”模塊模擬碲化鉍的衍射圖譜,模擬結(jié)果表明,在精度允許的范圍內(nèi),模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。使用“CASTEP”模塊模擬碲化鉍的電子能帶圖,分析得出碲化鉍的帶隙能量為0.427 eV,證明了碲化鉍是一種窄帶隙的半導(dǎo)體。依據(jù)分子動力學(xué)的相關(guān)知識,使用計(jì)算機(jī)模擬軟件Materials Studio 7.0進(jìn)行分子動力學(xué)的相關(guān)模擬。利用分子動力學(xué)模塊“Discover”進(jìn)行分子動力學(xué)模擬,模擬不同溫度下的碲化鉍的力學(xué)性能彈性常數(shù)。模擬的結(jié)果表明:模擬得到的碲化鉍的剛度矩陣,其特征滿足三角晶系的形式,并且隨著溫度的升高(從0K~600K),碲化鉍納米片的泊松比呈升高的趨勢,而彈性模量、體積模量和剪切模量是隨著溫度的升高而逐漸減小的,并且符合線性變化的規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：碲化鉍 納米材料 電子結(jié)構(gòu) 分子動力學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O614.532;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-34
• 1.1 課題研究背景9
• 1.2 拓?fù)浣^緣體研究進(jìn)展9-15
• 1.2.1 拓?fù)浣^緣體的發(fā)現(xiàn)9-15
• 1.2.2 拓?fù)浣^緣體的特性15
• 1.3 碲化鉍的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)15-18
• 1.3.1 碲化鉍的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3.2 碲化鉍的性質(zhì)16-17
• 1.3.3 碲化鉍晶體的制備工藝17-18
• 1.4 碲化鉍納米線的制備方法與生長機(jī)理18-22
• 1.4.1 碲化鉍納米線的制備方法19-21
• 1.4.2 碲化鉍納米線的生長機(jī)理21-22
• 1.5 國內(nèi)外的研究進(jìn)展22-24
• 1.5.1 碲化鉍的研究進(jìn)展22-23
• 1.5.2 分子動力學(xué)的研究進(jìn)展23-24
• 1.6 第一性原理簡介24-25
• 1.7 分子動力學(xué)25-32
• 1.7.1 分子動力學(xué)方法簡介25
• 1.7.2 研究對象的確定25-26
• 1.7.3 牛頓運(yùn)動方程26
• 1.7.4 有限差分方程26-27
• 1.7.5 勢函數(shù)27-29
• 1.7.6 步長與時間29
• 1.7.7 周期性邊界條件和截斷距離29-30
• 1.7.8 分子模擬軟件介紹及應(yīng)用30-32
• 1.8 本文的研究目的和研究內(nèi)容32-34
• 1.8.1 本論文研究目的32
• 1.8.2 本論文研究內(nèi)容32-34
• 第2章 材料及測試方法34-38
• 2.1 引言34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原料34
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備34-35
• 2.4 碲化鉍納米材料的制備方法35-36
• 2.4.1 原料的預(yù)處理35
• 2.4.2 碲化鉍納米材料的制備35-36
• 2.5 測試方法36-38
• 2.5.1 掃描電子顯微鏡（SEM）37
• 2.5.2 X-射線衍射（X-ray diffraetion, XRD）37
• 2.5.3 拉曼光譜（Raman spectra）37-38
• 第3章 碲化鉍納米材料的制備及形貌的研究38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 物理氣相沉積法制備碲化鉍納米材料形貌表征38-45
• 3.2.1 XRD圖譜38-39
• 3.2.2 拉曼光譜分析39
• 3.2.3 氣相沉積的機(jī)理39-40
• 3.2.4 溫度對碲化鉍納米材料形貌的影響40-41
• 3.2.5 氣體流速對碲化鉍納米材料形貌的影響41-42
• 3.2.6 基板種類對碲化鉍納米材料形貌的影響42-43
• 3.2.7 沉積距離對碲化鉍納米材料形貌的影響43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第4章 碲化鉍納米材料的電子結(jié)構(gòu)的模擬46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 碲化鉍晶胞的建立46-50
• 4.3 第一性原理的計(jì)算50-51
• 4.3.1 優(yōu)化幾何構(gòu)型50
• 4.3.2 參數(shù)的設(shè)置50-51
• 4.4 能帶的結(jié)構(gòu)模擬51-52
• 4.5 態(tài)密度結(jié)構(gòu)模擬52-54
• 4.6 摻雜一定濃度的Bi原子或Te原子對電子結(jié)構(gòu)的影響54-56
• 4.7 本章小結(jié)56-57
• 第5章 碲化鉍納米片力學(xué)性質(zhì)的模擬57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 分子動力學(xué)模擬的操作流程57
• 5.3 分子動力學(xué)模型的建立57-58
• 5.4 初始構(gòu)型的幾何優(yōu)化——結(jié)構(gòu)弛豫58-59
• 5.5 不同溫度下材料力學(xué)性質(zhì)的動力學(xué)模擬59-64
• 5.6 不同溫度下碲化鉍納米材料性能的分析64-66
• 5.7 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-77
• 致謝77-78
• 簡歷78

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本文編號：632394