单壁碳纳米管中空位缺陷的曲率效应

摘要

完美的碳纳米管具有良好的电子、机械与结构性能。然而，实际中不可避免地引入各种缺陷结构，如吸附质吸附、SW(stone—wales)拓扑缺陷、原子空位缺陷。在这些结构缺失中，原子结构缺失是最多产和重要的结构缺陷，碳纳米管中空位的产生对其机械、物理化学性质有极其重要的影响。因此，针对碳纳米管原子结构缺陷的问题研究是深入了解其结构和物理化学性能及解决其在实际应用的根本问题之一。
　　本论文采用密度泛函方法系统地研究了(5,5)椅型管和(n,0)(n=6～10)锯齿型管单到八空位缺陷(V1～V8)的空位形成能、产物结构、空位结构的稳定性随空位原子数的变化规律及其它们随(n,0)管中n的变化规律，且主要结果如下，
　　(1)基于曾提出的方向曲率理论推导了缺陷曲率，并将其应用于椅型与锯齿型单壁碳纳米管的V1～V8空位形成能预测。对一种Vn，空位形成能随着缺陷曲率的增大而总体呈现减小趋势，且对椅型碳纳米管，原子容易沿着锯齿形链去除；对锯齿型碳纳米管，原子容易沿着椅形链去除。此外，产物中缺陷区的局域结构影响空位形成能的大小；
　　(2)不管是椅型还是锯齿型管，每一种Vn中的最小空位形成能随空位原子数n值的增大呈奇偶振荡规律，且具有偶数个原子空位的形成能小，奇数个原子空位对应的形成能大；
　　(3)为了探讨 Vn缺陷的稳定性，考虑了两种解离过程，即 Vn→Vn?1+V1和2Vn→Vn?1+Vn+1，且分别对应第一和第二解离能。计算结果表明，Vn缺陷中的n为偶数时对应的第一和第二解离均大于Vn-1和Vn+1的，即，V2, V4和 V6缺陷较稳定；
　　(4)对(n,0)锯齿型单壁碳纳米管，每一种Vn中的最小空位形成能管径的增大整体呈现增大趋势，且当(n,0)管中的n值为3的倍数时，由于其能隙最小，这个最小空位形成能比预期值要小。

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1 文献综述

1.1引言

1.2 碳纳米管的结构

1.3 碳纳米管的合成、分离和提纯

1.4 碳纳米管的表面修饰

1.5碳纳米管的应用前景

1.6问题的提出

1.7本文的工作和目的

2 理论研究方法

2.1第一性原理计算方法介绍

2.2密度泛函理论简介

2.5本章小结

3 方向曲率理论拓展

3.1 概述

3.2方向曲率理论

3.3 缺陷曲率

3.4 本章小结

4 缺陷曲率理论在单壁碳纳米管空位缺陷修饰的应用

4.1引言

4.2计算方法和模型

4.3缺陷曲率应用于含有V1～V8的(5,5)管及(n,0)管(n=6～10)

4.4本章小结

结论

参考文献

在校研究成果

致谢