摻雜單壁碳納米管的電子結(jié)構(gòu)及量子輸運(yùn)與扭曲碳納米管的儲(chǔ)氫性能.pdf

1、碳納米管自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于它的獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)和特殊的幾何結(jié)構(gòu)，在在未來(lái)高科技領(lǐng)域的許多潛在應(yīng)用價(jià)值而倍受人們的關(guān)注，成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。對(duì)碳納米管進(jìn)行摻雜能夠進(jìn)一步改善碳納米管的物理與化學(xué)性質(zhì)，能夠拓寬碳納米管的應(yīng)用范圍。因此，對(duì)摻雜碳納米管上的研究也成為了現(xiàn)在納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)。這些研究既有實(shí)驗(yàn)上的研究也有理論計(jì)算方面的研究。近年來(lái)，由于能源短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重。開(kāi)發(fā)綠色能源也成為了當(dāng)今社會(huì)的主題。所以，

2、對(duì)碳納米管吸附氫的研究也成為了熱點(diǎn)。本文主要對(duì)摻雜的碳納米管進(jìn)行研究。
　　 本文首先研究了磷原子以替位式方式對(duì)碳納米管摻雜以及其對(duì)單壁碳納米管的電子結(jié)構(gòu)的影響。用基于密度泛函理論的第一性原理對(duì)摻P的單壁碳納米管（SWNT）進(jìn)行以下方面的計(jì)算：幾何形狀結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)的形成能、總能量、態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)。得出在不同管徑的P摻雜SWNT中，雜質(zhì)的形成能隨著管徑的增大而增大，相同管徑的SWNT的總能量隨著摻雜濃度的增大而減小，

3、不同位置雜質(zhì)P和它附近的C所形成的鍵角不同，進(jìn)一步得到不同位置雜質(zhì)產(chǎn)生的雜質(zhì)能級(jí)的位置也不同，這可能由C-P-C鍵角的大小可能決定。從結(jié)果中我們還得到P原子以替位式摻雜形式摻入到碳納米管中是可行的，而且摻P的SWNT導(dǎo)電呈現(xiàn)出n型。
　　 其次，本文研究了向單壁碳納米管中同時(shí)摻入硼原子和磷原子，構(gòu)建一個(gè)p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。同樣，對(duì)這種結(jié)構(gòu)用基于密度泛函理論的第一性原理進(jìn)行計(jì)算，Mayer bond order，能帶結(jié)構(gòu)、電子密度和態(tài)密

4、度分別被計(jì)算。分析計(jì)算結(jié)果，可以得到B-PSWNTs有著不同于BN納米管的特殊電子結(jié)構(gòu)，金屬型的單壁碳納米管在同時(shí)參入B原子和P原子之后，單壁碳納米管的高對(duì)稱性被破壞而轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體型。B-PSWNTs內(nèi)的成鍵形式被詳細(xì)的研究。另外，Mulliken電荷布居和量子電導(dǎo)被計(jì)算以便分析該結(jié)構(gòu)的量子輸運(yùn)性質(zhì)。通過(guò)分析得到p-n結(jié)位置會(huì)隨著外加電場(chǎng)的改變而發(fā)生變化，且這種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出二極管的特性。
　　 在文章最后，用基于密度泛函理論的第一性