本文關(guān)鍵詞：石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射機(jī)制的第一性原理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯為自然界中首例穩(wěn)定的二維晶體形貌,其自2004年被人們實(shí)驗(yàn)發(fā)掘至今,石墨烯基復(fù)合材料在固體物理學(xué)科、材料學(xué)科以及微納電子學(xué)科等范疇激起了人們濃厚的興趣。石墨烯是一類(lèi)將碳排列成一層片狀形貌的新式炭質(zhì)原料。它以2sp雜化,呈六角蜂窩態(tài)的平面薄膜,并且只有一個(gè)碳原子層厚度。石墨烯依賴(lài)其穩(wěn)定且獨(dú)特的網(wǎng)形構(gòu)造,促使它在力、光、熱、電、磁、機(jī)械特性等學(xué)科顯露出獨(dú)特而杰出的性質(zhì),在微納米電器件、太陽(yáng)能電池、氣體傳感器、超級(jí)電容器、場(chǎng)發(fā)射以及儲(chǔ)氫設(shè)備有著潛在、重要的使用前途。石墨烯憑借其獨(dú)有的電子性能、大的比表面積、高穩(wěn)定性、特別的邊界條件和連貫的電流密度已經(jīng)被人們視為優(yōu)質(zhì)的場(chǎng)發(fā)射原料。當(dāng)前,對(duì)氧化石墨烯與石墨烯納米片層的場(chǎng)發(fā)射特征探尋已有顯著成效。但石墨烯的普遍運(yùn)用,現(xiàn)今依然阻礙重重。鑒于石墨烯眾多特殊的性質(zhì),且至今其與傳統(tǒng)原料復(fù)合的深入研究還不是很多,致使其許多優(yōu)異的性質(zhì)沒(méi)有充分表達(dá)出來(lái)。同時(shí),石墨烯載流子濃度高、電阻率低,而其半導(dǎo)體特征并不顯著,這也在某些程度上妨礙了石墨烯的運(yùn)用與發(fā)展�；谝陨戏治�,針對(duì)石墨烯基復(fù)合材料的進(jìn)一步探索就變得極其必要。本文采用第一原理計(jì)算方法,對(duì)石墨烯-碳管、氮摻雜石墨烯-碳管、石墨烯-富勒烯、氮摻雜石墨烯-富勒烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射機(jī)理實(shí)施研究。為探索石墨烯復(fù)合材料的場(chǎng)發(fā)射機(jī)制,我們分別構(gòu)建了石墨烯-碳管、石墨烯-富勒烯兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)。在不同的電場(chǎng)條件下,我們對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)合能、離化能、功函數(shù)實(shí)施了計(jì)算,并對(duì)其局域電子密度布局、HOMO-LUMO能級(jí)及帶隙、Mulliken電荷布局實(shí)施了相應(yīng)的分析。研究發(fā)現(xiàn):離化能與功函數(shù)隨電場(chǎng)的增強(qiáng)而不斷變小,說(shuō)明場(chǎng)發(fā)射能力取得了顯著提升。在外加電場(chǎng)條件下,HOMO和LUMO能級(jí)均向真空能級(jí)方向轉(zhuǎn)移,同時(shí)費(fèi)米能級(jí)也向真空能級(jí)遷移,且HOMO-LUMO帶隙都保持很小的數(shù)值并逐漸降低。兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)在電場(chǎng)的作用下均有局域電子態(tài)出現(xiàn),然而這些局域電子態(tài)與場(chǎng)發(fā)射能力成正相關(guān)。Mulliken電荷的有效遷移,顯著表明我們所構(gòu)建的復(fù)合結(jié)構(gòu)確實(shí)具備優(yōu)越的場(chǎng)發(fā)射能力。為進(jìn)一步提升石墨烯復(fù)合物的場(chǎng)發(fā)射能力,我們分別構(gòu)建了氮摻雜石墨烯-碳管、氮摻雜石墨烯-富勒烯兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)。為尋求復(fù)合結(jié)構(gòu)中的最佳摻雜點(diǎn),我們挑選了多個(gè)不同的摻雜位置實(shí)施比較。研究表明:氮原子的摻雜使得HOMO-LUMO帶隙進(jìn)一步減小,離化能和功函數(shù)也進(jìn)一步降低。此外,隨著氮的引入,兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的LUMO分別從最初的石墨烯納米盤(pán)上轉(zhuǎn)移到了碳管和富勒烯上,分別形成了耦合態(tài)和局域態(tài),且更多的負(fù)電荷大量集聚在氮原子上。以上特征都將改良整個(gè)復(fù)合模型的電子結(jié)構(gòu),從而提升復(fù)合模型的場(chǎng)發(fā)射能力。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu) 氮摻雜 場(chǎng)發(fā)射 第一原理
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 碳材料概述11-12
• 1.2 石墨基復(fù)合物概述12-14
• 1.2.1 石墨烯簡(jiǎn)述12-13
• 1.2.2 碳納米管簡(jiǎn)介13-14
• 1.2.3 富勒烯C_(60)簡(jiǎn)述14
• 1.3 場(chǎng)致電子發(fā)射的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 場(chǎng)致電子發(fā)射材料16
• 1.5 本文的選題背景和內(nèi)容安排16-18
• 第二章 場(chǎng)致發(fā)射的基礎(chǔ)理論與研究方法18-29
• 2.1 第一性原理簡(jiǎn)介18
• 2.2 密度泛函理論18-22
• 2.2.1 HOHENBERG-KOHN原理19-20
• 2.2.2 KOHN-SHAM原理20
• 2.2.3 交換關(guān)聯(lián)泛函20-21
• 2.2.4 自洽場(chǎng)收斂運(yùn)算21-22
• 2.3 計(jì)算軟件簡(jiǎn)述22
• 2.4 固體表面勢(shì)壘及其電子發(fā)射方式22-27
• 2.4.1 金屬熱電子發(fā)射22-24
• 2.4.2 FOWLER-NORDHEIM原理24-25
• 2.4.3 半導(dǎo)體場(chǎng)致電子發(fā)射25-26
• 2.4.4 場(chǎng)致子發(fā)射26-27
• 2.5 場(chǎng)致電子發(fā)射的評(píng)價(jià)參數(shù)27-29
• 第三章 石墨烯-碳管及其氮摻雜復(fù)合物場(chǎng)發(fā)射性能研究29-45
• 3.1 石墨烯-碳管復(fù)合物場(chǎng)發(fā)射性能研究29-37
• 3.1.1 物理模型構(gòu)建29-30
• 3.1.2 數(shù)值計(jì)算方法30-31
• 3.1.3 模擬結(jié)果與討論31-37
• 3.2 氮摻雜石墨烯-碳管復(fù)合物場(chǎng)發(fā)射機(jī)理研究37-43
• 3.2.1 氮摻雜模型構(gòu)建38-39
• 3.2.2 計(jì)算方法39
• 3.2.3 氮摻雜位置對(duì)石墨烯-CNT復(fù)合物場(chǎng)發(fā)射性能的影響39-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 石墨烯-C_(60)及其氮摻雜復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射機(jī)制研究45-60
• 4.1 石墨烯-C_(60)復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射機(jī)制研究45-51
• 4.1.1 復(fù)合模型的構(gòu)建45-46
• 4.1.2 模擬條件46
• 4.1.3 石墨烯-C_(60)復(fù)合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射性能分析46-51
• 4.2 氮摻雜石墨烯-C_(60)復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射機(jī)理研究51-58
• 4.2.1 氮摻雜復(fù)合模型的構(gòu)建52-53
• 4.2.2 數(shù)值計(jì)算53
• 4.2.3 氮摻雜位置對(duì)石墨烯-C_(60)復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射特性的影響53-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 第五章 總結(jié)和展望60-63
• 5.1 總結(jié)60-61
• 5.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 致謝71-72
• 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的科研成果72
• 一、期刊論文72
• 二、發(fā)明專(zhuān)利72

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開(kāi)發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬(wàn)勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀(guān)察;2010年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢(qián)文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂(lè);;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢(qián)林茂;;石墨烯的微觀(guān)摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無(wú)機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來(lái)應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過(guò)黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛(ài)玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射機(jī)制的第一性原理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：337623