一維無限長MgO納米管的研究.pdf

1、隨著碳納米管的發(fā)現(xiàn)，許多新奇的納米結(jié)構(gòu)得到廣泛研究。對納米技術(shù)來講，納米管和納米線的研究是至關(guān)重要的。對納米管的研究早已存在，不僅僅局限于C納米管。GaN、ZnO、BN等材料的一維納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)通過實驗獲得。在大量納米結(jié)構(gòu)中，Ⅱ～Ⅵ型半導(dǎo)體材料因為其寬帶隙而顯得尤為重要，MgO作為一種典型的Ⅱ～Ⅵ型金屬氧化物，其電了結(jié)構(gòu)成為很多研究的重點?，F(xiàn)在，MgO納米帶、納米棒、納米線、納米管等已經(jīng)通過實驗獲得。
　　 本文采用密度泛函理論和

2、PBC模型，研究了一維無限長單壁MgO納米管的結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)等。本文主要分為三部分：
　　 1.鋸齒形和扶手形單壁MgO納米管的研究：
　　 本文在密度泛函理論中PBE方法和6-31G(d)基組水平上，對鋸齒形(n=4～20)和扶手形(n=2～20)一維無限長單壁MgO納米管的結(jié)構(gòu)、平均結(jié)合能、Mulliken電荷、能隙等，進行了理論研究。計算結(jié)果表明，這兩個系列的MgO納米管，隨著納米管直徑的增加，能隙和平均結(jié)合能呈現(xiàn)

3、增加的趨勢，并且趨于一個穩(wěn)定值。Mulliken電荷分析顯示，鎂、氧原了之間平均電荷轉(zhuǎn)移小于2e，所以MgO納米管中離子鍵和共價鍵并存。在納米管內(nèi)部存在切向和軸向兩種類型的Mg-O鍵，兩種鍵長都是隨納米管直徑的增加而減小，鍵長之間的差異是由于兩個方向的電荷密度的影響。
　　 2.其它MgO納米管的研究在Gaussian03軟件包下，利用TubeGen3.3軟件構(gòu)造了一維無限長手性單壁氧化鎂納米管。利用密度泛函理論對結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化

4、，并分析了此類結(jié)構(gòu)的各項性質(zhì)。手性MgO納米管的能隙與平均結(jié)合能隨著直徑的增加而增加，反映出該結(jié)構(gòu)的反應(yīng)活性降低，穩(wěn)定性隨徑向尺寸的增大而增強。鎂、氧原子之間電荷轉(zhuǎn)移小于2e，為-0.783～-0.859e，相對于鋸齒形MgO納米管(-0.827～-0.862e)，扶手形MgO納米管(-0.841～-0.863e)，共價性更強。
　　 同時，本文還對(MgO)n納米管進行了研究。初始結(jié)構(gòu)的建模是以規(guī)則的雙層n元環(huán)(如：2MR,3

5、MR等)為基礎(chǔ)，利用周期性邊界條件在軸向無限延伸，得到n元環(huán)MgO的一維無限長單壁納米管結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，能隙隨管徑的增加而減小，這一趨勢與扶手形、鋸齒形、手性MgO納米管相反。當(dāng)納米管體系增大時，反應(yīng)活性相應(yīng)的增加。這說明含有Mg-O單元數(shù)越多，納米管越不穩(wěn)定，這一點與MgO團簇的研究情況一致，即只有在Mg-O單元數(shù)n較小時，納米管結(jié)構(gòu)才能穩(wěn)定的存在。對(MgO)n納米管進行的Mulliken電荷分析表明，隨著納米管直徑的增加，價鍵的離