二維材料因其大的比表面積及獨特的電子結(jié)構(gòu)等優(yōu)異的特性,一直備受研究者的關(guān)注。新型功能二維材料的設(shè)計一直是凝聚態(tài)物理、化學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,第一性原理計算已成為設(shè)計和研究晶體材料的有力工具,對于研究材料的基礎(chǔ)特性和發(fā)展設(shè)計新型功能材料具有重要意義。在二維材料家族中,碳材料和碳氮基單層納米材料都具有重要的地位,也一直是材料、物理、化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域中研究的焦點。材料的晶體結(jié)構(gòu)是決定材料物理特性的基本因素,因此,從理論上設(shè)計新型二維碳材料和碳氮材料的晶體結(jié)構(gòu)對于開發(fā)新型功能二維材料是十分必要的。本論文利用全局結(jié)構(gòu)預(yù)測方法,結(jié)合密度泛函理論的第一性原理計算方法,選取典型的二維體系（碳材料和碳氮基材料）為研究對象,開展了晶體結(jié)構(gòu)的理論研究,獲得了如下創(chuàng)新性研究結(jié)果:1.二維材料因其優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)等性能在納米科技的諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本工作通過CALYPSO晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測方法在常壓下對二維碳材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)預(yù)測研究,發(fā)現(xiàn)了一種由五邊形和七邊形組成的亞穩(wěn)態(tài)的二維碳的同素異形體。該結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征與超硬M-carbon體材料的拓?fù)涮卣飨嗨?因此命名... 

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 二維碳的同素異形體
    1.3 二維碳氮化合物
    1.4 二維碳氮材料的電子性質(zhì)調(diào)控
    1.5 晶體結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測
    1.6 本論文的主要研究內(nèi)容
第2章 理論基礎(chǔ)與計算方法
    2.1 密度泛函理論
        2.1.1 絕熱近似
        2.1.2 Hartree-Fork近似
        2.1.3 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.4 Kohn-Sham方程
        2.1.5 交換關(guān)聯(lián)函數(shù)
        2.1.6 自洽計算
    2.2 第一性原理計算方法
        2.2.1 線性變分法
        2.2.2 贗勢方法
    2.3 晶格動力學(xué)
    2.4 電子局域函數(shù)
    2.5 晶體軌道哈密頓布居
    2.6 CI-NEB
    2.7 開路電壓
    2.8 光學(xué)性質(zhì)計算
    2.9 晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測
        2.9.1 粒子群優(yōu)化算法(PSO)
        2.9.2 CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件
第3章 二維碳材料:M-graphene
    3.1 背景介紹
    3.2 計算細(xì)節(jié)
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 M-graphene的結(jié)構(gòu)特征
        3.3.2 M-graphene的能量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究
        3.3.3 M-graphene的電子性質(zhì)分析
        3.3.4 M-graphene的電化學(xué)性質(zhì)與潛在應(yīng)用
    3.4 本章小結(jié)
第4章 二維碳氮化合物:C_5N_2、C_2N、C_3N_2和CN
    4.1 背景介紹
    4.2 計算細(xì)節(jié)
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 二維碳氮化合物的結(jié)構(gòu)特征
        4.3.2 二維碳氮化合物的形成能與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
        4.3.3 二維碳氮化合物的電子性質(zhì)
        4.3.4 二維碳氮化合物的光學(xué)性質(zhì)
        4.3.5 二維碳氮化合物的力學(xué)性質(zhì)
    4.4 本章小結(jié)
第5章 二維多孔C_3N_2的電子性質(zhì)調(diào)控
    5.1 背景介紹
    5.2 計算細(xì)節(jié)
    5.3 Si原子替換C_3N_2中C原子的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        5.3.1 Si原子替換C_3N_2中C原子的構(gòu)型
        5.3.2 Si原子替換C_3N_2中C原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        5.3.3 Si原子替換C_3N_2中C原子的電子性質(zhì)
        5.3.4 小結(jié)
    5.4 堿金屬吸附C_3N_2的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        5.4.1 堿金屬吸附C_3N_2構(gòu)型
        5.4.2 堿金屬吸附C_3N_2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        5.4.3 堿金屬吸附C_3N_2的電子性質(zhì)
        5.4.4 小結(jié)
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介
攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Superconducting Single-Layer T-Graphene and Novel Synthesis Routes[J]. 顧琴燕,邢定鈺,孫建.  Chinese Physics Letters. 2019(09)
[2]基于智能全局優(yōu)化算法的理論結(jié)構(gòu)預(yù)測[J]. 高朋越,呂健,王彥超,馬琰銘.  物理. 2017(09)
[3]Modulating the properties of monolayer C2N: A promising metal-free photocatalyst for water splitting[J]. 俞松,饒勇超,段香梅.  Chinese Physics B. 2017(08)
[4]CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測方法[J]. 王彥超,呂健,馬琰銘.  科學(xué)通報. 2015(27)

博士論文
[1]若干二維材料表界面性能及應(yīng)用的第一原理研究[D]. 陳顯飛.吉林大學(xué) 2014
[2]類石墨烯二硫化鉬的第一性原理研究[D]. 黃宗玉.湘潭大學(xué) 2014

碩士論文
[1]幾種新納米材料穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)及相關(guān)性質(zhì)的第一性原理研究[D]. 滕紫薇.南京郵電大學(xué) 2018



本文編號：3712096