接枝和摻雜對碳納米管電學性能的影響.pdf

1、碳納米管具有十分優(yōu)異的物理、化學性能，使其具有巨大的應(yīng)用前景。但由于實驗制備的碳納米管初產(chǎn)品中含有大量的雜質(zhì)，因此在對碳納米管進行實驗研究或應(yīng)用之前通常都需要對碳納米管進行表面純化改性，這些化學或物理的方法在提純了碳納米管的同時，也會將一些官能團比如羧基和羥基接枝到碳納米管上；另一方面，在對碳納米管進行應(yīng)用的時候，比如制備碳納米管復(fù)合材料、納米器件和納米生物學應(yīng)用中，經(jīng)常人為地將一些官能團接枝到碳納米管上，通過這樣的表面修飾來改變碳納米

2、管的表面性能，以實現(xiàn)某些特定的功能化。但是，目前實驗和理論上對接枝官能團后碳納米管本身性能的變化的研究很少，而這些性能上的變化對于碳納米管的應(yīng)用來說是至關(guān)重要的。因此，我們從理論上討論接枝官能團對碳納米管本身電學性能的影響。 我們以局域密度泛函理論為基礎(chǔ)，采用第一原理方法，利用DMol3、CASTEP軟件進行理論模擬研究。建立了對(5.5)、(9.O)和(8.0)型有限長碳納米管接枝羧基和羥基官能團的原子模型，通過計算其電子分布

3、和態(tài)密度的變化，討論羧基和羥基官能團對碳納米管電子結(jié)構(gòu)和電子輸運特性的影響。計算結(jié)果表明，接枝官能團的碳納米管，其電子結(jié)構(gòu)明顯改變，其費米能級上的電子態(tài)密度下降；最高占據(jù)軌道上的非定域程度減弱，致使電子輸運性能呈下降趨勢。 通過比較兩種官能團對碳納米管的影響發(fā)現(xiàn)，雖然接枝羧基或羥基官能團后碳納米管的電子輸運性能都有下降趨勢，但下降的程度不一樣。接枝羥基官能團使碳納米管的電子輸運能力降低的幅度較接枝羥基時更大；金屬型碳納米管在接枝

4、官能團后電子密度降低的幅度要大于半導(dǎo)體型碳納米管。 另外，我們還嘗試性地研究了摻雜對碳納米管電學性能的影響。我們利用原子替換的方法建立氟摻雜的碳納米管模型。計算發(fā)現(xiàn)，摻氟后三種碳納米管的費米能的絕對值都降低了，費米能級上的態(tài)密度卻增大了，說明氟摻雜后的碳納米管比純碳納米管更有利于場發(fā)射。三種不同結(jié)構(gòu)的碳納米管在費米能的增幅上有些差異，帶寬減小的程度也是不同的，一端封閉的碳納米管在F摻雜后費米能的增幅最大，說明在制備場發(fā)射電極時選