苯环共价功能化碳纳米管电性和输运性质的理论研究

摘要

碳纳米管(CNTs)具有优越的导电性能和光学性能，在气体存储，生物传感，纳米器件，电极材料等方面都有广泛的应用，已成为当前国际新材料研究领域的热点。本文采用第一性原理的密度泛函理论和非平衡格林函数方法系统讨论碳纳米管及苯环共价功能化体系的几何结构、能带结构和输运性质，从而为研究新型光电材料提供理论依据。
　　(1)基于密度泛函理论(DFT)，采用SIESTA软件包计算纯碳纳米管和苯环共价功能化碳纳米管的能带结构、态密度和波函数，通过比较直接键连、酰胺键连、环己烯键连和吡咯烷键连的功能化碳纳米管以及不同管径的功能化碳纳米管的能带结构，探讨键连方式和管径对碳纳米管导电性的影响。电性研究的结果表明：键连方式和管径是两个影响功能化碳纳米管能带结构的因素。对于锯齿型CNT(8,0)，a-CNT(8,0)-p和b-CNT(8,0)-p具有更好的导电性质，对于扶手椅型CNT(5,5)，c-CNT(5,5)-1和d-CNT(5,5)-2为较好的键连方式。对于锯齿型CNT(16,0)，c-CNT(16,0)-1和d-CNT(16,0)-1具有更好的导电性能，对扶手椅型CNT(10,10)，d-CNT(10,10)-2带隙较小。
　　(2)结合非平衡格林函数，采用ATK软件计算了纯CNT(8,0)和CNT(5,5)以及功能化碳纳米管双探针体系的伏安特性曲线和零偏压下的传输谱，探讨利用纳米材料设计电子器件的可行性。输运性质的计算结果表明：纯CNT(8,0)以及四种苯环共价功能化体系均显示半导体性。其中b-CNT(8,0)的导电性能最强，在2.0V偏压下电流达到44.88?A。而在偏压-2.0V~2.0V之间四种键连方式得到的功能化碳纳米管的I-V曲线与纯CNT(5,5)输运性能非常相近，表现出与纯CNT(5,5)一样的导电性。

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第1章 绪论

1.1碳纳米管

1.2国内外研究现状

1.3本论文的研究目的和内容

第2章 理论基础及计算方法

2.1密度泛函理论

2.2交换相关近似

2.3非平衡格林函数

2.4量子计算软件

2.5本章小结

第3章 苯环共价功能化CNTs(8,0)和CNTs(5,5)电性研究

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第4章 苯环共价功能化CNTs(16,0)和CNTs(10,10)电性研究

4.1引言

4.2结果与讨论

4.3本章小结

运性质的研究

5.1引言

5.2 计算方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢