蜂窝状石墨烯、硅烯电子结构的界面效应研究

摘要

界面对材料的性能起着十分重要的作用。由于界面的存在，使得界面处电荷的分布与块体材料明显不同。因此，界面对材料的电子性质、输运性质、化学吸附、力学性质、各向异性等性能产生十分重要的影响。材料的界面设计逐渐成为了调控材料性质的重要手段，特别是在二维材料中，界面结构的设计是提高材料光催化性能、储存性能的重要手段。本论文主要以第一性原理为手段，研究了C2N与石墨烯异质结的电子性质和硅烯的小角晶界结构，其主要结论如下：
　　一、C2N/Graphene（C2N/G）异质结研究。利用第一性原理计算，我们系统研究了石墨烯与C2N构成的层间异质结（范德瓦尔斯异质结）和面内异质结的电子结构特征。计算结果表明，这两类异质结中，石墨烯的带隙均被打开。对于层间异质结，石墨烯的带隙打开被是由对称性被破坏所导致的，其带隙宽度可通过调节层间距加以调控。对于面内异质结，量子限域效应导致石墨烯的带隙被打开，其带隙宽度随着石墨烯的宽度增大而减小。这些结果表明C2N/Graphene异质结不仅能被用于制作高性能FETs的电子材料和还能用于光催化水分解。
　　二、硅烯晶界的研究。利用第一性原理，我们探讨了硅烯晶界模型。值得特别指出的是，当矢量T1与T2两矢量的夹角为60?时，将形成一类无缝晶界。计算表明这类无缝晶界的形成能与晶胞形状、方向并无关联，仅取决于晶界的宽度，且与宽度呈正比关系。最后我们采用第一性原理模拟了该晶界的STM图像，发现晶面处的原子的亮度明显高于其他原子。STM模拟有助于实验观测者辨认无缝晶界模型。

目录

声明

第1章 绪论

1.1二维材料

1.1.1石墨烯

1.1.2硅烯

1.1.3 C2N

1.1.4复合界面

1.1.5界面和晶界

1.2本文研究目的与内容

第2章 理论计算原理和方法

2.1密度泛函理论（DFT）

2.1.1 Hartree-Fock近似

2.1.2 Hohenberg-Kohn定理

2.1.3 Kohn-Sham方程

2.2 交换关联泛函

2.2.1 局域密度近似（LDA）

2.2.2广义梯度近似（GGA）

2.3 VASP软件包介绍

第3章 C2N/Graphene(C2N/G)异质结

3.1 C2N/G层间异质结

3.1.1 C2N/G模型与计算方法

3.1.2计算结果与讨论

3.1.3小结

3.2 C2N/G面内异质结

3.2.1 C2N/G模型与计算方法

3.2.2 计算结果与讨论

3.2.3小结

3.3本章小结

第4章 硅烯晶界

4.1模型与计算方法

4.2无缝晶界

4.3小结

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文