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WC/石墨烯复合体的电子结构及电子输运性质

作　者: 孔繁静
导　师: 于海涛
学　校: 黑龙江大学
专　业: 物理化学
关键词: 碳化钨石墨烯铂密度泛函理论格林函数电子输运
分类号: O613.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文采用密度泛函平面波赝势方法对六方相碳化钨(WC)吸附于石墨烯表面、铂吸附于石墨烯表面、铂吸附于碳化钨表面共三个体系进行了理论研究,揭示了复合体的电子结构性质和构型,并利用电子结构数据和结合能等性质数据确定出它们的吸附特征及吸附稳定性。结果表明,在单层石墨烯的吸附体系中,CW/graphene构型中石墨烯表面原子与钨端表面原子有成键作用,而WC/graphene构型中石墨烯与碳化钨的碳端之间是范德华力作用,说明在与石墨烯结合时,钨端吸附在石墨烯上的构型更加稳定。对于碳化钨吸附在多层石墨烯上的体系,石墨烯和碳化钨钨端结合的复合体的界面之间有成键相互作用,而在碳化钨碳端原子吸附的石墨烯体系的界面间只是范德华作用。此外,在W端吸附于多层石墨烯的结构中,次外层石墨烯对吸附有一定的贡献,使得碳化钨与石墨烯的整体结合更加有利。对于铂吸附于碳化钨的体系,hcp-Pt/WC构型中界面的相互作用主要发生在石墨烯与碳化钨相邻界面之间,fcc-Pt/CW构型中界面的相互作用主要是铂层与碳化钨整体之间。计算结果表明碳化钨更容易与铂结合。本文也研究了石墨烯与碳化钨复合体的电子输运性质,选取了CW/graphene作为中间散射区、构建了以镍为电极的复合体。结果表明,在零偏压下自旋向上的构型有利于电子的输运。在一定的偏压范围内所得到的i-V曲线表明自旋对电流电压曲线的影响较小。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 碳化钨的应用研究  9-11
    1.2.1 加氢脱氢及异构化反应  9-10
    1.2.2 烃类转化与合成反应  10-11
    1.2.3 其他反应  11
  1.3 石墨烯应用研究  11-14
    1.3.1 电子输运器件  12
    1.3.2 在计算机中的应用  12-13
    1.3.3 贮氢材料  13
    1.3.4 石墨烯纳米复合材料  13-14
    1.3.5 其它应用领域  14
  1.4 WC 与石墨烯表面理论研究现状  14-16
  1.5 WC 与石墨烯表面实验研究现状  16-17
  1.6 研究内容  17-18
第2章理论基础  18-30
  2.1 第一性原理计算  18
  2.2 密度泛函理论基础  18-23
    2.2.1 Hohenber-Kohn 定理  19-21
    2.2.2 Kohn-Sham 方程  21-22
    2.2.3 交换-相关泛函  22-23
      2.2.3.1 局域密度近似  22-23
      2.2.3.2 广义梯度近似  23
  2.3 赝势方法  23-25
    2.3.1 模守恒赝势  24
    2.3.2 超软赝势  24-25
  2.4 格林函数方法  25-30
    2.4.1 平衡格林函数  25-26
    2.4.2 非平衡格林函数定义  26-27
    2.4.3 Dyson 方程  27-28
    2.4.4 运动方程  28-30
第3章计算参数的选择  30-38
  3.1 计算模型  30-31
  3.2 计算参数选择  31-37
    3.2.1 截断能量  32-33
    3.2.2 k 点取样  33-35
    3.2.3 赝势  35-37
    3.2.4 泛函  37
  3.3 本章小结  37-38
第4章 WC/石墨烯复合体的结构与输运性质  38-58
  4.1 计算参数和模型  38-39
  4.2 WC/石墨烯模型中WC 层数的确定  39-40
  4.3 WC/石墨烯的几何结构和弛豫效应  40-45
  4.4 Mulliken 布居分析  45-46
  4.5 态密度和电子差分图  46-48
  4.6 WC/石墨烯复合体电子输运性质  48-57
    4.6.1 计算模型  48-50
    4.6.2 平衡电导  50-54
    4.6.3 I-V 特性  54-55
    4.6.4 隧穿透射谱图  55-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章多层石墨烯与碳化钨复合体系的理论研究  58-73
  5.1 计算参数和模型  58-59
  5.2 WC/石墨烯模型中石墨烯层数的确定  59-61
  5.3 原子弛豫效应  61-67
  5.4 Mulliken 布居分析  67-68
  5.5 态密度和电子差分图  68-71
  5.6 本章小结  71-73
第6章 Pt/WC 与Pt/石墨烯复合体系的理论研究  73-88
  6.1 计算参数和模型  73-75
  6.2 模型结构的确定  75-76
  6.3 原子弛豫效应  76-80
  6.4 Mulliken 布居分析  80-82
  6.5 态密度和电子差分图  82-87
  6.6 本章小结  87-88
结论  88-90
参考文献  90-99
致谢  99

WC/石墨烯复合体的电子结构及电子输运性质

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