硼掺杂对(2,2)单壁碳纳米管电子结构影响研究

基于密度泛函理论下的第一性原理,计算了不同Ｂ掺杂浓度的SWCNT的几何形状结构、杂质的形成能、能带结构和态密度（DFT）,研究了Ｂ掺杂对（2,2）单壁碳纳米管（SWCNT）电子结构的影响．Ｂ杂质的引入使SWCNT的管径增大,杂质的形成能为负值,表明（2,2）SWCNT进行掺Ｂ的过程为放热反应,Ｂ原子以替位形式掺入碳纳米管中是可行的．掺杂Ｂ后,SWCNT的费米能级向价带迁移,使（2,2）SWCNT转变为ｎ型半导体．     

硼/磷掺杂单壁碳纳米管电子结构的第一性原理计算

利用第一性原理电子结构计算方法,基于密度函数理论(DFT),研究了硼(B)/磷(P)掺杂单壁碳纳米管.有无外电场时的总能量,Mayer键级,能带结构和态密度被计算.结果表明有电场时B/P掺杂单壁碳纳米管比无电场时更稳定.B/P掺杂单壁碳纳米管有特殊的能带结构,非常不同于B/N掺杂碳纳米管;由于硼/磷掺杂打破了单壁碳纳米管的对称结构,使得金属型碳纳米管被转换为半导体型.B/P掺杂单壁碳纳米管中的成键方式被详细研究.     

磷掺杂对单壁碳纳米管电子结构的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理对掺P的单壁碳纳米管（SWCNT）进行以下方面的计算：几何形状结构和电子能带结构,杂质的形成能、总能量、态密度和能带结构.得出在不同管径的P掺杂SWCNT中,杂质的形成能随着管径的增大而增大,相同管径的SWCNT的总能量随着掺杂浓度的增大而减小,不同位置杂质P和它附近的C所形成的键角不同,进一步得到不同位置杂质产生的杂质能级的位置也不同,这可能由C—P—C键角的大小决定.从结果中还得到P原子以替位式掺杂形式掺入到碳纳米管中是可行的,而且掺P的SWCNT导电呈现出N型.     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

甲基修饰单壁碳纳米管的几何结构、束缚能和电子结构

采用brenner经验势通过计算甲基吸附在碳纳米管上吸附能的方法找到了甲基修饰单壁碳纳米管最稳定的几何结构，并且发现甲基吸附在单壁碳纳米管上吸附能随着碳纳米管的直径的增加而减少，最后运用从密度泛函紧束缚方法计算了甲基修饰碳纳米管的电子态密度，发现当甲基修饰碳纳米管后，碳纳米管在费米能级附近出现局域态，改变了碳纳米管的光电特性，因此，甲基修饰的单壁碳纳米管有可能成为制造纳米发光元器件重要原材料之一．     

磷掺杂半导体单壁碳纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了掺磷(P)单壁碳纳米管(SWCNT)的电子结构性质.结果表明,引入掺杂原子可显著改变SWCNT费米能级附近的能带结构,掺杂SWCNT的电子态密度(DOS)向低能端移动,其最高分子占据轨道(HOMO)与最低分子非占据轨道(LUMO)间的能隙减小,掺杂的磷原子比碳原子多出的电子更容易从价带向导带跃迁.     

利用能量原理研究单壁碳纳米管的剪切模量

利用能量方法研究了单壁碳纳米管（SWCNT）的剪切模量．采用分子力学理论得出了受扭矩作用下单壁碳纳米管的总势能;通过总势能与相应的薄壁圆筒的扭转变形能比较,推导出了单壁碳纳米管剪切模量的计算公式;碳纳米管剪切模量的计算结果与现有的研究结果相符,从而证实了本文计算公式正确有效．     

单壁碳纳米管修饰碳纤维微电极的电催化性能研究

本文将单壁碳纳米管修饰到碳纤维微电极上,得到一种高灵敏的碳纤维修饰电极,对多巴胺、铁氰化钾、抗坏血酸等小分子具有较强的电催化作用,灵敏度较未修饰的电极有很大提高,对多巴胺的检测限达5×10-7mol/L。在20mmol/LTris-HC(l pH7.4)缓冲溶液中,100 mV/s扫速时,DA的浓度与修饰电极差分脉冲图中氧化峰电流成正比,在1×10-7～1×10-4mol/L浓度范围内,线性回归方程为Ip(A)=2×10-10+0.0002C(mol/L),相关系数r=0.9938。     

金原子在单壁碳纳米管中的结构理论研究

利用密度泛函理论方法研究了单个金原子填充于单壁碳纳米管(n,0)SWCNT(n=5–10)中的几何结构以及Au原子与不同横截面积的SWCNT的相互作用能.结果发现,在直径较小的(n,0)SWCNT(n=5–13)中,Au原子被束缚于纳米管的中心线上,随着横截面积的增加(n=11–13),Au原子将偏离纳米管的中心线.另外,随着纳米管横截面积的增加,Au原子与SWCNT的相互作用能随之增加,Au原子与(9,0)SWCNT的相互作用相对较强,然后随着SWCNT横截面积的进一步增加,曲率变小,Au与SWCNT的相互作用也随之变弱.结果表明(9,0)SWCNT可以被用作连续填充的对象构建SWCNT/一维线性单原子金属链纳米复合材料.     

B_(13)C_2型C_(14)N晶体结构及弹性性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了B13C2(B12CBC)中B12二十面体所有B原子被C原子取代,以及C-B-C三原子链中B原子被N原子取代后材料的性质变化.通过对比计算研究发现,取代后得到的化合物C14N体积减小、弹性性质进一步提高、金属性增强、材料的理论硬度有所改善.C与C明显形成方向性强的类金刚石四面体键,有利于其弹性的提高.     

Theoretical studies of C36 encapsulated in zigzag single-wall carbon nanotubes

Discovery of carbon nanotubes (CNTs) has attracted considerable attention in the scientific community due to their unique structures and properties. Chemical doping can further modify the electrical properties of CNT. The empty space inside CNT provides t…     

单层和双层氧化锌纳米管的稳定性和电子性质

运用第一性原理方法研究了单层和双层ZnO纳米管的结构稳定性和电子性质.结果表明,单层管的稳定性随着纳米管直径的增大而增大,而双层管的稳定性几乎与纳米管的直径和厚度无关,并且双层管的稳定性比单层管高.所有纳米管都显示了直接带隙半导体特性.其中,双层管的带隙比单层管的带隙大,并且几乎与纳米管的直径和厚度无关.由于量子尺寸效应,纳米管的带隙比纤锌矿体材料的带隙大.     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.     

单壁碳纳米管的提纯及拉曼光谱分析

详细地介绍了一种提纯单壁碳纳米管的方法,并利用拉曼光谱对纯化前后的单壁碳纳米管进行了分析,结果表明用这种方法能得到纯度较高的单壁碳纳米管.     

不同结构单壁碳纳米管热传导的分子动力学模拟

采用基于线性响应理论的平衡态分子动力学方法,计算了扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管(SWNTs)的导热系数,并给出其随管长、直径和温度的变化.在此基础上,对2种结构SWNTs的热传导性能进行了比较.模拟结果表明:SWNTs的导热系数在管长较短时随着管长的增加有所浮动但并不收敛,随温度的升高,导热系数将降低;2种结构SWNTs的导热系数均随着直径的减小而升高,且在相同直径时,不同结构碳纳米管的导热系数相差不大,这与输运方程进行理论求解的结果较为一致.     

Two-dimensional imaging of electronic wavefunctions in carbon nanotubes

The drive towards the development of molecular electronics is placing increasing demands on the level of control that must be exerted on the electronic structure of materials. Proposed device architectures ultimately rely on tuning the interactions between individual electronic states, which amounts to controlling the detailed spatial structure of the electronic wavefunctions in the constituent molecules. Few experimental tools are available to probe this spatial structure directly, and the shapes of molecular wavefunctions are usually only known from theoretical investigations. Here we present scanning tunnelling spectroscopy measurements of the two-dimensional structure of individual wavefunctions in metallic single-walled carbon nanotubes; these measurements reveal spatial patterns that can be directly understood from the electronic structure of a single graphite sheet, and which represent an elegant illustration of Bloch's theorem at the level of individual wavefunctions. We also observe energy-dependent interference patterns in the wavefunctions and exploit these to directly measure the linear electronic dispersion relation of the metallic single-walled carbon nanotube.     

圆盘锯齿型石墨烯量子点的电子结构研究

通过数值求解Dirac方程,研究了在垂直磁场下锯齿型（zigzag）石墨烯（graphene）量子点的能谱结构。无磁场时,量子点能谱没有带隙,并存在能量为零的边界态。当外加磁场时,能谱中出现朗道能级,最低朗道能级能量为零且与磁场大小无关,随着磁场的增加,朗道能级简并度会随之增加。同时发现,磁场对K点与K’点的能谱结构有...     

曲率效应对扶手椅型碳纳米管电子性质的影响

在考虑曲率效应对扶手椅型碳纳米管(SWNt)最近邻碳原子交叠积分影响的情况下,利用紧束缚模型和玻恩-卡门边界条件解析地推导扶手椅型SWNT的能带、态密度和电子公有化运动速度.对扶手椅型SWNT电子性质的分析发现:考虑曲率效应后扶手椅型SWNT仍然是金属管,但其能带的总能减小,其态密度的导电平台变窄且其电子公有化运动速度变小.     

单壁碳纳米管中π轨道倾角对杂化轨道的影响

根据轨道杂化理论以及碳纳米管的几何结构,计算了(n,0),(n,n)和(n,m)3种单壁碳纳米管的杂化轨道,并给出了s轨道成分和p轨道成分与π轨道倾角的关系.     

炭纤维表面生长纳米碳管对CVI热解炭结构的影响

以单向长纤维预制体为骨架,CO为碳源,Ni为催化剂颗粒,在预制体炭纤维表面催化热解生长纳米碳管(CNT),采用CVI工艺增密,制得含CNT的C/C复合材料,研究纤维表面生长不同加载量的CNT对CVI过程所沉积热解炭微观结构的影响。研究结果表明:由于CNT具有特殊结构,纤维表面适当含量CNT能诱导CVI过程中热解炭的有序沉积,在近纤维层得到高织构度热解炭,改善炭纤维与热解炭的结合状态,拓宽制备粗糙层热解炭的CVI工艺条件范围;但当有过量CNT存在时,由于CNT之间的纠结,反而不利于发挥CNT对热解炭的催化诱导作用。