納米材料壓電性能的第一性原理研究.pdf

1、壓電材料在日常生活、工業(yè)、國(guó)防等具有重要價(jià)值,廣泛應(yīng)用于傳感、通訊技術(shù)領(lǐng)域。早在20世紀(jì)初,沃伊特等人就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)材料的壓電效應(yīng)進(jìn)行研究。之后,隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展以及納米材料的新興,人們開(kāi)始通過(guò)理論計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)的方式,對(duì)各種納米材料的壓電性能進(jìn)行微觀分析。這其中包括以石墨烯和BN納米帶為代表的二維納米材料,它們具有良好的物理與化學(xué)性質(zhì),備受材料領(lǐng)域的青睞。
　　本文在研究MoS2納米帶與BN納米帶壓電性質(zhì)的同時(shí),也從氫原子摻雜著手

2、,設(shè)計(jì)了一種氫原子間隔吸附于石墨烯納米帶上的結(jié)構(gòu),并研究其電極化性質(zhì)。本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　基于密度泛函第一性原理,對(duì)氫修飾石墨烯納米帶進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和結(jié)合能計(jì)算,結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。氫原子間隔排列的吸附使得納米帶中的相鄰碳原子成鍵及電荷狀態(tài)不同,導(dǎo)致拉伸時(shí)納米帶中六元碳環(huán)的正負(fù)電荷中心不再重合,產(chǎn)生宏觀電極化。納米帶寬度越寬,包含六元碳環(huán)數(shù)目越多,則拉伸時(shí)納米帶長(zhǎng)度方向上電偶極矩密度越大,其壓電性能越強(qiáng)。另外,邊緣原

3、子電荷狀態(tài)決定了無(wú)拉伸時(shí)納米帶的初始電偶極矩密度,其大小可以通過(guò)改變邊緣氫原子的修飾模式來(lái)有效調(diào)控。
　　利用密度泛函第一性原理研究了不同寬度鋸齒形硼氮納米帶與鋸齒形二硫化鉬納米帶的壓電性質(zhì)。這兩種材料同樣具有壓電性能,且規(guī)律一致。尤其特別的是,較寬寬度的鋸齒型BN納米帶結(jié)構(gòu)在拉伸到一定比例時(shí),電偶極矩密度的值會(huì)發(fā)生正負(fù)翻轉(zhuǎn)。另外,鋸齒形MoS2納米帶隨拉伸引起的整體電荷轉(zhuǎn)移同時(shí)發(fā)生在了多個(gè)方向上,其沿x方向的電偶極矩密度變化比較