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碳纳米管中的缺陷及功能调制

作　者: 周涛
导　师: 顾秉林；段文晖
学　校: 清华大学
专　业: 物理学
关键词: 碳纳米管缺陷相互作用电导紧束缚格林函数方法
分类号: O483
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文采用紧束缚格林函数方法,系统的研究了碳纳米管中的缺陷及其对碳纳米管电子性质的影响。在分析了拓扑缺陷态空间分布特性的基础上,我们研究了缺陷之间的相互作用,发现缺陷之间有效相互作用的距离远大于缺陷态在空间的分布尺度,即缺陷之间存在长程相互作用。经过分析,发现能隙中的缺陷态可以通过低能势垒隧穿跃迁到体系的延展态上去,从而导致这种长程相互作用。这样的物理机制得到了我们构建的一维单原子链模型的验证。我们选取典型的Stone-Wales缺陷和空位缺陷,计算了双缺陷结构对碳纳米管电子性质的影响。计算结果表明,虽然双缺陷具有丰富的几何构型,但其电子性质却只有有限的几种,许多不同构型的双缺陷结构具有等价的电子性质。通过分析碳纳米管的能带结构,结合简并微扰理论,我们阐明了不同构型具有等价电子性质的物理机制。我们指出周长方向的波函数干涉是影响碳纳米管电导的重要因素。当相邻缺陷沿周长方向的距离与费米波矢长度不匹配时,体系的量子电导因为波函数发生相消干涉而被极大的降低。这为实验上观测到的低浓度缺陷能够造成高电阻的结果提供了一个合理的解释。最后,我们讨论了碳纳米管受复杂多缺陷体系调制的电子性质,发现复杂多缺陷体系的电导主要受到相邻的缺陷的空间位置的影响,而周期性缺陷结构对体系的电导调制呈台阶状。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-26
  1.1 引言  9-11
  1.2 碳纳米管  11-24
    1.2.1 碳纳米管的形态与制备  12-14
    1.2.2 碳纳米管的力学和电学特性  14-16
    1.2.3 碳纳米管的应用  16-19
    1.2.4 碳纳米管缺陷及其对性能的调制  19-24
  1.3 问题与展望  24-25
  1.4 论文研究内容  25-26
第2章基本理论及计算方法  26-37
  2.1 引言  26
  2.2 紧束缚格林函数方法  26-31
  2.3 碳纳米管电子性质计算  31-33
  2.4 基于密度泛函理论的第一原理方法  33-36
  2.5 本章小结  36-37
第3章碳纳米管中的拓扑缺陷及相互作用  37-55
  3.1 引言  37-39
  3.2 STONE-WALES缺陷的电子性质  39-47
  3.3 STONE-WALES缺陷之间的相互作用  47-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章缺陷与碳纳米管的电导性  55-70
  4.1 引言  55-58
  4.2 STONE-WALES缺陷对碳纳米管电导的影响及机制  58-64
  4.3 空位缺陷对碳纳米管电导的影响  64-68
  4.4 本章小结  68-70
第5章复杂多缺陷体系的电子性质  70-82
  5.1 引言  70
  5.2 碳纳米管里面的三缺陷  70-76
  5.3 碳纳米管里面的周期性缺陷  76-81
  5.4 本章小结  81-82
第6章结论  82-83
参考文献  83-91
致谢  91-92
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  92

碳纳米管中的缺陷及功能调制

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