石墨烯与碳纳米管的物理特性比较研究

摘要

碳原子由于价态的特殊性，有着众多的同素异形体。除了石墨和金刚石等传统碳材料之外，近年来科研工作者又陆续发现了新型纳米级碳材料。这些碳纳米材料的发现为解决下一代材料的问题提供了一种可靠的选择。现在，以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料已经在一定的场合为国民经济做出了贡献。科研工作者在很多方面对碳纳米材料已经做了许多相关的研究，其中一个重要的方向就是研究这些碳纳米材料之间的联系。
　　 石墨烯的结构是很多低维碳纳米材料的结构基础已经成为共识，本文基于这样的观点，选择以石墨烯结构为基础的碳纳米管为参照对象，研究了石墨烯带与关联碳纳米管的物性变化。文章的主要结构如下:
　　 第一章主要阐述了本文的立题意义，并且对石墨烯和碳纳米管的研究现状，包括制备方法等做了介绍。同时，对两者的力学，光学和电学性质做了一定的概括。
　　 第二章阐述了本文的理论基础，包括密度泛函和格林函数等。并在每部分的后面介绍了密度泛函自洽的过程以及输运特性的计算方案。在章节末尾，简单介绍了本论文使用的三种计算软件包:Gaussian、MS、VNL(ATK)。
　　 第三章为石墨烯带和碳纳米管建立模型。介绍了石墨烯带向碳纳米管卷曲的机制，给出了宏观和微观示意图。同时，利用无缺陷的这两种物质，构建二端开放的输运结构。
　　 第四章在第二章的理论基础与第三章的模型基础之上，模拟计算出石墨烯带和碳纳米管的电子结构，对两者的带隙和前线轨道进行说明比较，总结其中的异同点。
　　 第五章研究了两者输运特性之间的关系。总结两者的异同，简要分析了产生这些异同的原因。
　　 第六章总结了石墨烯带与其关联碳纳米管物性之间的关系，给出文章的结论。同时由于篇幅限制，文章对如传输本征态等方面还没有涉及，因此，最后提出对后期工作的展望。
　　 在这六章中，第三章至第五章是本文的核心内容，也是本论文的主要工作。本文的创新点也是在这三章中体现，主要是通过建立相关模型，进行模拟计算，研究了包括带隙，前线轨道与输运性质等在内的物性变化，对未来碳纳米材料物性联系的研究具有指导意义。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1 石墨烯研究概况

1.1.1 制备与合成方法

1.1.2 性质和应用

1.2 碳纳米管的研究概况

1.2.1 制备与合成方法

1.2.2 性质和应用

第二章 计算方法

2.1 密度泛函

2.1.1 Thomas-Fermi模型

2.1.2 Hohenberg-Kohn定理

2.1.3 Kohn-Sham方程

2.1.4 交换关联泛函

2.1.5 体系电子结构的计算流程

2.2 输运理论

2.2.1 Landuauer理论

2.2.2 格林函数(Gteen Function)

2.3 计算软件

第三章 石墨烯带与关联碳纳米管的模型

第四章 石墨烯带与其关联碳纳米管的电子结构

4.1 带隙结构

4.2 前线轨道

4.2.1 石墨烯带前线轨道图

4.2.2 关联碳纳米管的前线轨道图

第五章 石墨烯与其关联碳纳米管的输运特性

5.1 关于输运的几个概念

5.2 石墨烯带与其关联碳纳米管的输运模型

5.3 石墨烯带输运特性

5.4 两种石墨烯带的输运特性对比

5.5 石墨烯带的关联碳纳米管的输运特性

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文