O掺杂BC2N纳米管结构稳定性和电子性质的理论研究

摘要

硼-碳-氮纳米管是非纯碳纳米管研究的热点课题之一。在众多硼-碳-氮纳米管体系中，BC2N纳米管作为最稳定的构型近年来受到人们的关注。然面，由于目前BC2N纳米管的研究体系尚未得到完善，而关于掺杂BC2N纳米管的研究更为稀少。因此，本论文的目的是通过掺杂自然界普遍存在的氧原子来研究BC2N纳米管性质的变化。
　　 本论文的研究内容为氧原子掺杂(OB，ON，OCⅠ和OCⅡ)对不同管径锯齿型(zigzag)BC2N纳米管结构稳定性和电子性质产生的影响。利用密度泛函理论的第一性原理方法，采用MaterialsStudio4.1软件中的CASTEP程序包模拟计算了纯的和O掺杂zigzag型BC2N纳米管的几何结构参数、形成能、能带结构和态密度(DOS)。
　　 计算结果表明，O掺杂位置不同对zigzag型BC2N纳米管几何结构产生不同的影响:ON和OCⅠ掺杂zigzag型BC2N纳米管几乎未产生形变;OB和OCⅡ掺杂体系的几何构型发生明显变形。随着管径的增加，O掺杂BC2N纳米管的形成能逐渐增加，稳定性逐渐减弱。其中，ON掺杂(6，0)BC2N纳米管在B-rich的条件下最易稳定存在。另外，O原子的引入改变了zigzag型BC2N纳米管的能带结构和DOS。OB和OCⅠ掺杂zigzag型BC2N纳米管，导带部分整体性而言发生了下移，相应的DOS中Fermi能级右侧的峰向Fermi能级靠近。而ON和OCⅡ掺杂的体系，导带和价带部分均发生了明显的整体性下移，并且随着管径的增加下移越多。其中，ON掺杂(9，0)BC2N纳米管导带下移至Fermi能级处，与纯的(9，0)BC2N纳米管相比其导带大约下移了1.8eV。氧原子的引入使得(9，0)BC2N纳米管能隙减小了，导电性增强了。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题研究的现状

1．3 课题研究的主要内容

第2章 理论基础

2．1 第一性原理方法

2．1．1 多粒子体系薛定谔方程

2．1．2 Born-Oppenheimer近似(绝热近似)

2．1．3 Hartree-Fock近似(单电子近似)

2．2 密度泛函理论(DFT)

2．2．1 Thomas-Fermi模型

2．2．2 Hohenberg-Kohn定理

2．2．3 Kohn-Sham方程

2．2．4 交换相关泛函

2．2．5 赝势方法

2．3 计算软件及程序包

2．3．1 Material Studio软件

2．3．2 CASTEP程序包

2．4 本章小结

第3章 OB和ON掺杂BC2N纳米管的理论研究

3．1 结构模型和计算方法

3．1．1 结构模型

3．1．2 计算方法

3．2 计算结果与讨论

3．2．1 几何结构

3．2．2 形成能

3．2．3 电子性质

3．3 本章小结

第4章 Oc掺杂BC2N纳米管的理论研究

4．1 几何模型及计算方法

4．1．1 几何模型

4．1．2 计算方法

4．2 计算结果与分析

4．2．1 几何结构分析

4．2．2 稳定性分析

4．2．3 电子性质分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢