幾種典型本征缺陷對單壁碳納米管載流子輸運性質(zhì)的影響與調(diào)控研究.pdf

1、碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，一直是化學(xué)、物理、材料科學(xué)和納米技術(shù)等多個領(lǐng)域的研究熱點。然而，在碳納米管的制備過程中，不可避免的存在一些缺陷，這些缺陷會影響碳納米管的電子結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)。因此，研究缺陷對碳納米管載流子輸運的影響具有重要的實際意義。本論文基于密度泛函理論研究了Stone-Wales(SW)、單空位和雙空位三種典型本征缺陷對鋸齒型單壁碳納米管載流子傳輸性質(zhì)的影響，考察影響載流子遷移率的主要因素，獲得不同因素

2、對載流子傳輸性質(zhì)的影響和調(diào)控規(guī)律。
　　1.基于密度泛函理論結(jié)合自洽場晶體軌道法研究了SW缺陷對鋸齒型單壁碳納米管載流子傳輸性質(zhì)的影響。以鋸齒型(11，0)碳納米管為例，當(dāng)有SW缺陷存在時，部分缺陷碳管的載流子遷移率出現(xiàn)反常的增加行為?；诜瞧胶飧窳趾瘮?shù)方法得到電流-電壓(I-V)特性的結(jié)果進(jìn)一步確定了缺陷使遷移率增加的結(jié)論。研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致(11，0)碳納米管載流子遷移率增大的主要因素是載流子的聲學(xué)聲子散射減弱使得其形變勢常數(shù)減小

3、。這個結(jié)論也通過晶體軌道分布圖中進(jìn)一步得出。此外，還研究了不同管徑對含有SW缺陷碳管的載流子遷移率的影響。研究發(fā)現(xiàn)鋸齒型CNT(n，0) n=9-17中，它們的遷移率增大也呈現(xiàn)三倍周期規(guī)律，這與不同管徑的碳納米管的電子性質(zhì)呈現(xiàn)三個不同組群相似。
　　2.基于第一原性原理的自洽場晶體軌道法研究了不同結(jié)構(gòu)演化的單空位缺陷對(10，0)碳納米管載流子傳輸性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)有些含有缺陷碳納米管的載流子遷移率是下降的，當(dāng)B類型的空位缺陷引

4、入到(10，0)碳納米管之后載流子遷移率不尋常的增加。借助晶體軌道分析了缺陷對電荷載流子遷移率的影響，研究表明最主要的原因是引入缺陷后聲子散射變?nèi)跏沟幂d流子遷移率增大。對于遷移率的降低的原因，主要是由于局部缺陷使得載流子變重。因此，可以通過引入不同結(jié)構(gòu)的單空位缺陷而實現(xiàn)鋸齒型(10，0)碳納米管的載流子遷移率的調(diào)控。
　　3.在第一性原理的理論框架下使用自洽場晶體軌道法研究了碳管管徑的量子尺寸效應(yīng)下單空位缺陷對載流子傳輸性質(zhì)的影響

5、。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳納米管管徑不同時，載流子遷移率的變化也是不同的。大部分含有空位缺陷碳納米管的載流子遷移率是下降的，但是有些碳納米管引入缺陷后載流子遷移率不尋常增大。對于遷移率降低的體系，主要是由于載流子變重導(dǎo)致的。為了進(jìn)一步研究載流子遷移率增大的因素，借助了晶體軌道分析。分析結(jié)果表明，當(dāng)缺陷引入后使得聲子散射變?nèi)踝罱K導(dǎo)致載流子遷移率增大。
　　4.使用密度泛函理論結(jié)合自洽場晶體軌道法研究了雙空位缺陷對鋸齒型單壁碳納米管載流子傳輸性

6、質(zhì)的影響。以(14，0)碳納米管為例，當(dāng)有雙空位缺陷存在時，缺陷碳管的遷移率與純碳管相比變大。通過晶體軌道分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致載流子遷移率增大的主要因素是載流子的聲子散射減弱使得形變勢常數(shù)降低。此外，還研究了管徑對碳納米管傳輸性質(zhì)的影響，研究發(fā)現(xiàn)管徑不同載流子遷移率的變化也不同。大部分含有雙空位缺陷碳管的載流子遷移率是減小的，但是也有一部分是反常增大的。對于載流子遷移率增大的體系，遷移率增大的原因與(14，0)碳管的相同，都是由于聲子散射減弱