• / 5
  • 下载费用:10 金币  

锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究.doc

关 键 词:
锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究.doc
资源描述:
不同宽度锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究摘要:本文采用第一原理密度泛函理论,研究了不同宽度边缘饱和(氢原子) 一维石墨片纳米带的电学性质。研究表明:对于所有宽度锯齿型纳米带,其几何结构和电子结构与碳纳米带的宽度密切相关。这为揭示纳米带尺寸效应提供了一条切实可行的道路。关键词:密度泛函理论; 石墨烯纳米带; 电子结构一 引言自 2004 年英 国 曼 彻 斯 特 大 学 的 Geim 等 人 成 功 制 备 出 石 墨 烯 以 来 。 人们才获得了真正意义上的二维形式的碳(graphene ) ,石墨烯的研究热潮由此宣告开始,成为目前材料研究领域最前沿课题之一 [1,6]。石墨烯是指单层碳原子密堆排列成二维( 2D)正六边形蜂窝状点阵所形成的材料,它是构成石墨的基本单元。GNR 在微电子器件的实际制造过程中更具有使用价值和研究意义。英国 Geim 小组制作成由 GNR 组成的电路系统,发现 GNR 显示出很强的双极电场效应;日本 Tada 和 Watanabe 采用含时密度泛函计算了 GNR 的场发射,发现场发射电流的主要贡献来自于清洁的 GNR 边缘悬挂键。清华大学的 Huang 等人 [7]就通过在锯齿型石墨烯纳米带边界掺杂 N 或 B 原子的研究,发现通过在锯齿型石墨烯纳米带边界进行有选择的掺杂,可以构建出包含从金属到半导体再到金属转变同质结的场效应晶体管。虽然从严格意义上来讲,石墨烯应该是二维无限大的,但在具体应用中材料尺寸是有限大小的。当石墨烯的尺寸被裁剪至 100nm 以下时,由于限域效应,石墨烯将呈现半导体性。因此,石墨烯的剪裁产物(如:石墨烯纳米带)及其他变体在微电子技术与器件等领域将更具有实际意义 [8,9]。本文利用第一原理密度泛函理论,研究了氢原子饱和下不同宽度锯齿型 GNRs 的几何结构和电子结构,探讨了宽度对氢饱和锯齿型石墨烯纳米带几何结构和电子结构的影响。二 理论方法本文采用第一原理密度泛函软件 DMOL3,首先建立两种碳纳米尖锥结构,对模型进行几何优化,得到稳定的几何构型。结构优化过程中,采用局域密度近似(LDA) ,以确定能量最低的几何构型。在此基础上,采用广义梯度近似(GGA)方法处理电子之间相互作用进行电学性质的理论研究,其具体的修正交换关联势为 Perdew-Burke-Ernzerhof[10]。文中选用的基函数为双数值基组(DNP),有限基集的截止半径均为 5.5Å。三 结果与讨论(a) (b) (c) (d) 图 1 不同宽度氢原子饱和锯齿型石墨烯纳米带上图是不同宽度锯齿型石墨烯纳米带结构图。图中白色小球代表氢原子,灰色小球代表碳原子) 。图中标号1、1’分别为边缘C-C 键长,2、3、4 为不同位置的中间C-C键长。X代表纳米带宽度宽度方向,Y为周期性结构方向。采用边缘碳原子个数N 标记纳米带的宽度,上述五种结构对应宽度分别为N=4,6,8,10。由于未饱和石墨烯纳米带边缘具有悬挂键,其结构不稳定,所以我们对所研究的纳米带均采用氢原子进行了边缘饱和。首先,对不同宽度的石墨烯纳米带进行了几何优化,以获得最稳定结构。 ,我们能够很明显地看出优化前后的结构发生了一些变化,如 C-C 之间的键长和键角都发生了变化。通过使用软件中测量距离和角度的工具,我们对几何优化前后的结构进行了距离和角度的测量,对于优化前的模型,由于石墨烯是规则的六边形,对于宽度是 4、6、8、10 个原子宽度纳米带的 C-C 键长均设定为 1.42 埃,任意两个原子夹角(键角)均为 120 度。对于优化后的结果,我们选择石墨带上端的原子进行说明,其不同原子宽度的 C-C 键之间的长度及键角见下表所示:表 1 不同宽度锯齿型纳米带的键长之间的比较表 2 不同原子宽度的锯齿型石墨烯纳米带的键角之间的比较从表 1 中可以看出,对于位于石墨烯纳米带边缘的 C 原子,随着原子宽度的增加其 C-C 键长增大,并且越来越趋近于优化前的 C-C 键长 1.42 埃。位于中间部位的 C 原子,随着原子宽度的递增 C-C 键长也有变化。对于同一种原子宽度的纳米带来说,中间的 C-C 键长要大于边缘的 C-C 键长。如: 4 个原子宽度的锯齿型石墨烯纳米带,中间 C-C 键长为1.459 Å,而边缘的 C-C 键长为 1.40 Å。很明显,中间的 C-C 键之间的距离大于其边缘 C-C键之间的距离。这也说明边缘碳原子键长受到了边缘饱和氢原子的影响。我们从表 2 中可以看出,对于不同原子宽度的锯齿型石墨烯纳米带中键与键之间的夹角是不同的。首先,我们来看一下位于边缘的 C-C 键之间的夹角,从 4 个原子宽度的石墨烯纳米带 C-C 键之间的夹角 118.555 到 16
展开阅读全文
  微传网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究.doc
链接地址:https://www.weizhuannet.com/p-9503202.html
微传网是一个办公文档、学习资料下载的在线文档分享平台!

微传网博客

网站资源均来自网络,如有侵权,请联系客服删除!

 网站客服QQ:80879498  会员QQ群:727456886

copyright@ 2018-2028 微传网络工作室版权所有

     经营许可证编号:冀ICP备18006529号-1 ,公安局备案号:13028102000124

收起
展开