几种低维纳米结构材料的计算模拟.pdfVIP

摘要 摘 要 纳米材料具有新颖的电子结构和特殊的物理化学性质，在光学、电学、磁学、催 化剂载体、传感器、药物储存与缓释等领域具有潜在的应用前景。碳化硅是宽带隙的 半导体材料，具有高熔点、高硬度、高热导率以及抗辐射等特点，是设计极端条件下 电子器件的潜在材料；氮化硼具有良好的化学稳定性、电绝缘性、高热导率和高硬度 等优良性能；二氧化硅、二氧化锗、二硫化硅和二硫化锗是典型的IV-VI化合物，具 有优异的电子和光学性质，广泛地应用于玻璃、陶瓷、光电器件和信息产业。由于实 验方法的局限性，目前对低维纳米材料体系的结构和性质的了解相对缺乏，因此开展 相关的理论研究有助于认识和预测这些材料的特殊性能，对低维纳米功能材料的设计 具有重大意义。本论文采用第一性原理计算方法，研究了三种代表性纳米材料的几何 结构、电子结构和物理化学性质：(1)碳化硅纳米管及其氢化衍生物的结构、稳定性 和导电性；(2)硼氮纳米片的电子结构和光学性质；(3)硅锗氧化物纳米管和硅锗硫化 物纳米管的几何结构、电子结构和光学性质。获得如下的主要成果： 1．碳化硅纳米管中存在P轨道倾角使得竖键和平键上未参与杂化的P轨道易重合， 较大的电荷密度和较强的原子间作用，导致这两种键长比斜键短，存在两种Si．C键。 2．碳化硅纳米管中最近邻的两个硅原子间容易成键，而最近邻的两个碳原子问则不 能成键。碳原子沿管径外移而硅原子则反向内移，形成C．C和Si．Si两类直径。 3．全氢化的碳化硅纳米管的带隙值基本保持在4．0eV；大部分半氢化的碳化硅纳米 管的带隙值均接近0。其带隙的可调性可应用于一维碳化硅基电子器件的设计． 4．全氢化的锯齿式碳化硅纳米管的稳定性最好，不易发生氢的吸脱附反应，椅式碳 化硅纳米管的吸附能较小，较宜作为储氢材料． 5．新型氮化硼纳米片均为宽带隙的半导体，其带隙值在3．踟B4．202eV，对紫外光波 段有较强的吸收，而在红外和可见光波段几乎没有吸收，因而有望作为潜在的光电功 能材料，应用于太阳能转化和防紫外光辐射。 6．Si02纳米管的带隙值为5．757-6．123 米管的带隙值分别为2．963-3．106eV,2．013-2．498eV和1．162—1．636eV，均呈现半导 体性质，它们在紫外光区均有较强的吸收，在光电领域具有潜在的应用前景。 关键词：纳米管；纳米片；密度泛函理论；第一性原理计算；光学性质。 Abstract Abstract Nanomaterialshavenovelstructural andchemical features，specialphysical properties, andhave in carriers，sensors， potentialapplicationsoptics，electrics，magnetism，catalyst carriersandslow—release．Siliconcarbidenanotubesarcwideband drug gap semiconductorswith fusion thermal and hi．gh point，highhardness，highconductivity arcsuitablefor inextremeenvironments．Boronnitrides radiation use resistance，which excellentchemical thermal and posscss stability，electricalinsulation，hiighconducti