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碳化硅纳米线/单壁纳米管核壳异质结构的第一性原理研究

作　者: 邹小翠
导　师: 徐波
学　校: 江西师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 核壳结构电子结构密度泛函理论第一性原理
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由于单壁纳米管是具有中空结构的一维纳米材料,可作为制备新型一维纳米材料的模板，如利用碳纳米管的毛细现象可以将某些元素填充碳纳米管内，制备具有特殊性质(如磁性、超导性等)的一维纳米量子线。在碳纳米管中填充各种材料(如银、镍、钴、锑、锗、硫、硒等)也得到了广泛的研究。若将单壁纳米管和碳化硅纳米线结合，形成一维的核壳结构，那么可能提高所获得材料的物理(力学和电学)性质，并使得这种新的材料在纳米科技中具有重要应用，例如可作为多终端纳米电子器件或发光二极管。近来，Mikhael等人已经从实验上成功合成了碳纳米管包覆碳化硅纳米线的核壳结构，这使得研究β-碳化硅/单壁纳米管核壳同轴电缆的异质结构成为可能。更为有趣的是，他们发现在有碳纳米管包覆的碳化硅纳米线表面的原子的迁移率比没有碳纳米管包覆的情况要高。这使得我们研究β-碳化硅/单壁纳米管核壳异质结构的电子结构特性更具意义。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了β-碳化硅/单壁纳米管核壳结构的电子结构特性。结果表明，无论是金属型还是半导体型单壁纳米管包覆碳化硅纳米线形成的核壳异质结构都呈现出金属性，它们的金属性主要是由纳米管和碳化硅纳米线表面的原子所贡献的。碳化硅纳米线表面呈现的金属性由其结构本身决定，而对于金属性的(15,0)和半导体性的(16,0)碳纳米管在填充碳化硅纳米线之后都表现出金属性，主要是由于碳纳米管与碳化硅纳米线之间的电荷转移导致的，并不是由于碳纳米管形变造成的。类似地，单壁氮化硼纳米管的金属性也是由于纳米管与碳化硅纳米线之间的电荷转移所导致。我们的研究结果为β-碳化硅/单壁纳米管核壳异质结构的应用提供了一定的理论基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-21
  1.1 引言  7-8
  1.2 一维纳米异质结构材料的性质及应用  8-9
  1.3 纳米核壳结构材料简介  9-13
    1.3.1 纳米核壳结构材料的分类  9-10
    1.3.2 纳米核壳结构材料的制备方法  10-12
    1.3.3 纳米核壳结构材料的应用  12-13
  1.4 碳化硅材料的结构和物理特性  13-15
    1.4.1 碳化硅材料的结构  13-14
    1.4.2 碳化硅材料的物理特性  14-15
  1.5 碳纳米管和氮化硼纳米管的结构与特性  15-19
    1.5.1 碳纳米管和氮化硼纳米管的结构  15-17
    1.5.2 碳纳米管的性质  17-18
    1.5.3 氮化硼纳米管的性质  18-19
  1.6 本论文选题背景及研究意义  19-21
第二章理论计算与软件介绍  21-27
  2.1 密度泛函理论  21-25
    2.1.1 Hohenberg-Kohn 定理  21
    2.1.2 Kohn-Sham 方程  21-22
    2.1.3 局域密度近似  22-24
    2.1.4 自洽计算  24-25
  2.2 赝势平面波方法  25
  2.3 能带电子的平面波基底展开  25-26
  2.4 VASP 软件包的简单介绍  26-27
第三章碳化硅纳米线/碳纳米管核壳异质结构的第一性原理研究  27-34
  3.1 引言  27-28
  3.2 模型与计算参数  28
  3.3 结果及讨论  28-33
  3.4 本章结论  33-34
第四章碳化硅纳米线/氮化硼纳米管核壳异质结构的第一性原理研究  34-40
  4.1 引言  34
  4.2 模型与计算参数  34-35
  4.3 计算结果及讨论  35-39
  4.4 本章结论  39-40
第五章结论与展望  40-41
参考文献  41-47
致谢  47-48
在读期间公开发表论文（著）及科研情况  48

碳化硅纳米线/单壁纳米管核壳异质结构的第一性原理研究

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