硼掺杂碳纳米管的第一原理研究

论文摘要

作为最典型的和最具有代表性的纳米材料之一,碳纳米管因其特有的物理、化学性质及其新颖的结构和在未来高科技领域的许多潜在应用价值而倍受人们的关注,成为材料科学领域的研究热点之一。当对碳纳米管进行元素掺杂、原子取代和表面修饰以后,它的功能和应用范围将会得到大幅度拓展。在元素周期表中,硼元素与碳元素相邻,其原子的最外层电子数较后者少一个,使其成为碳纳米管及其其他碳材料的的理想掺杂原子。本论文主要是针对硼掺杂的单壁碳纳米管进行基于第一原理的密度泛函理论研究,探讨硼掺杂对碳纳米管的纳米结构,电学性质以及场发射的影响。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 碳纳米管（CNT）发展历程
• 1.3 单壁碳纳米管的基本结构
• h'>1.3.1 手性向量 C_h
• 1.3.2 平移向量 T
• 1.3.3 对称性向量R
• 1.3.4 单胞和布里渊（Brillouin）区
• 1.4 单壁碳纳米管的电子结构
• 1.4.1 二维石墨烯
• 1.4.2 单壁碳纳米管布里渊区折叠模型
• 1.4.3 单壁碳纳米管的能量色散关系
• 1.4.4 单壁碳纳米管的态密度和能隙
• 1.4.5 曲率的影响
• 1.5 碳纳米管场发射性质
• 1.6 碳纳米管的其它主要性质与应用
• 1.6.1 主要性质
• 1.6.2 应用前景
• 1.7 碳纳米管的制备
• 1.8 本论文工作的目的和意义
• 1.9 本章小结
• 参考文献
• 第二章 理论基础与计算方法
• 2.1 前言
• 2.2 从多粒子哈密顿量（Hamilton）到自洽场方法
• 2.3 密度泛函理论
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
• 2.3.2 Kohn-Sham方程
• 2.3.3 密度泛函理论的数值计算方法
• 2.4 场发射的基本原理
• 2.4.1 隧道效应和功函数
• 2.4.2 负电子亲和势及半导体发射
• 2.4.3 场发射性能指标
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 硼掺杂的锯齿型单壁碳纳米管的第一原理研究
• 3.1 前言
• 3.2 计算方法及参数设置
• 3.3 理论模型的构建
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 硼掺杂锯齿型单壁碳纳米管的形成能与电子结构
• 3结构单壁碳纳米管的形成和电子结构'>3.4.2 BC₃结构单壁碳纳米管的形成和电子结构
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 硼掺杂的单壁碳纳米管场发射性质研究
• 4.1 前言
• 4.2 模型构建和计算方法
• 4.2.1 模型构建
• 4.2.2 计算方法和参数
• 4.2.3 外加电场
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 结构优化
• 4.3.2 功函数
• 4.3.3 最高占据分子轨道、最低非占据分子轨道和离化能
• 4.3.4 态密度
• 4.3.5 场发射微观机制
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 中文摘要
• Abstract
• 致谢