硼/磷掺杂单壁碳纳米管电子结构的第一性原理计算

利用第一性原理电子结构计算方法,基于密度函数理论(DFT),研究了硼(B)/磷(P)掺杂单壁碳纳米管.有无外电场时的总能量,Mayer键级,能带结构和态密度被计算.结果表明有电场时B/P掺杂单壁碳纳米管比无电场时更稳定.B/P掺杂单壁碳纳米管有特殊的能带结构,非常不同于B/N掺杂碳纳米管;由于硼/磷掺杂打破了单壁碳纳米管的对称结构,使得金属型碳纳米管被转换为半导体型.B/P掺杂单壁碳纳米管中的成键方式被详细研究.     

磷掺杂半导体单壁碳纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了掺磷(P)单壁碳纳米管(SWCNT)的电子结构性质.结果表明,引入掺杂原子可显著改变SWCNT费米能级附近的能带结构,掺杂SWCNT的电子态密度(DOS)向低能端移动,其最高分子占据轨道(HOMO)与最低分子非占据轨道(LUMO)间的能隙减小,掺杂的磷原子比碳原子多出的电子更容易从价带向导带跃迁.     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

硅掺杂碳纳米管的第一原理研究

采用密度泛函理论研究了纯（5,5）碳纳米管和硅掺杂（5,5）碳纳米管的几何结构和电子结构,计算了硅掺杂后碳纳米管局部结构的变化、硅掺杂碳纳米管的形成能和表面的电荷分布,以及硅原子掺杂前后碳纳米管的差分电荷密度。研究结果表明硅原子掺杂对碳纳米管的结构影响很大,硅原子与碳原子形成化学键,引起碳纳米管上电荷重新分布,引起电荷转移。     

镍掺杂单壁碳纳米管阵列储氢的理论研究

采用巨正则蒙特卡罗方法研究常温和中等压强下镍掺杂对单壁碳纳米管阵列物理吸附储氢的影响.计算结果表明,同碱金属掺杂相比,过渡金属原子的d轨道与碳原子的p轨道之间发生的轨道杂化,能更有效地提高镍掺杂SWCNTA的储氢效果.     

碳纳米管的K掺杂

对碳纳米管掺杂特性的了解是控制其价电子的关键。研究发现：单壁碳纳米管进行K掺杂后，其电阻率和转折温度T^*（高于此温度后，dρ/dT的符号由负变为正）都会变小；其电阻会随着掺杂浓度的升高而单调下降，直至饱和。文章还对半导体和金属单壁碳纳米管的K掺杂行为通过光吸收谱进行了研究，另外把分子动力学用于了预测K掺杂单壁碳纳米管的结构。     

浅谈铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理

该文主要采用第一性原理对掺铝、掺氮、铝氮共掺杂氧化锌纳米管的电子结构进行了计算,并分析了差分电荷密度对氧化锌纳米管电子结构的影响.结果显示,铝氮共掺杂可以使主能级局域性对氮形成的影响减小,提高氮的溶解度,这一掺杂方法将是顺利实现氧化锌纳米管p型参杂的有效途径.     

氮掺杂碳化硅纳米管电子场发射的第一性原理研究

运用第一性原理研究了氮掺杂对碳化硅纳米管场发射性能影响.计算结果表明,在外加电场作用下,体系的态密度均向低能端移动,赝能隙及最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙减小,且Mulliken电荷在帽端聚集程度增加.态密度、最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙及Mulliken电荷分析表明,氮掺杂改善了碳化硅纳米管的场发射性能,且N替代顶层五元环中Si原子体系场发射性能最优.     

钒氮和钒铝共掺杂ZnO电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的超软赝势法(USPP)并选择GGA-PW91交换关联势对V掺杂、(VN)共掺杂和(VAl)共掺杂ZnO进行了几何结构优化及最稳定结构的电子结构和差分电子密度计算.V掺杂、(VN)共掺杂和(VAl)共掺杂不同程度地影响了ZnO晶格常数,V掺杂ZnO表现铁磁性,(VN)共掺杂对体系铁磁稳定性没有改善作用,而(VAl)共掺杂由于电子载流子在双交换机制中起到了媒介作用使基体的铁磁性更稳定.     

单壁碳纳米管热稳定性的模拟研究

运用紧束缚近似分子动力学模型,模拟研究了各种单壁碳纳米管(SWCNTs)在300~4 000 K范围内的热稳定性.结果表明:手性碳管的热稳定性明显优于其它类型的碳管,半径相近的单臂管比锯齿管更稳定.在深入分析碳纳米管内碳键结构的基础上,进一步探讨了各种碳管的碳键从sp2向sp3转变的情况,利用键重构对碳管的热稳定性给出了理论解释;通过平均能量和温度的关系曲线分析,研究碳管热稳定性的变化.     

纳米管的第一性原理计算

基于Hartree-Fock和密度泛函理论(DFT)混合近似下的第一性原理计算,系列地研究了单壁碳纳米管(扶手椅管、锯齿管、手性管)和单壁氮化硼纳米管的杨氏模量、卷曲形变能以及电子能带结构.分析了单壁碳纳米管的管径、管型和能隙宽度对其杨氏模量理论计算值的影响,给出了纳米管管径和手性对卷曲形变能的影响.     

场发射显示器环境下不同置向碳纳米管的尖端电场强度计算

针对碳纳米管场发射显示器的实际工作环境,计算给出了碳纳米管在垂直、与垂直碳纳米管等长倾斜45°和与垂直碳纳米管等高倾斜45°放置3种情况下的空间电势分布和电场分布,数值计算表明在上述3种情况下的碳纳米管尖端表面附近的电场强度比值约为13:10:12。进一步分析说明在垂直和倾斜碳纳米管同时存在的情况下,要提高电子发射的均匀性,就必须提高倾斜碳纳米管的高度。     

单壁碳纳米管的结构与稳定性

基于价键电荷模型计算了碳纳米管的结合能随管径和手性角的关系．结果表明,单壁碳纳米管的结合能随着管径的增大逐渐降低,也随着手性角的增大而降低．计算结果为从能量的角度理解各类碳纳米管产生丰度提供了理论参考。     

纯化单层碳纳米管的正交实验法

利用正交实验法来进行最佳实验条件的确定,得到纯化单层碳纳米管的最佳条件为:焙烧的时间为45min,离心的速度为12000r/min,时间为45min,超声时间为45min.     

单壁碳管直径对电子结构的影响

对比了第一性原理中从头算方法、半经验方法和密度泛函方法的计算误差、计算消耗等参数,认为:对armchair型单壁碳管进行半经验的AM1/STO-3G基组水平的计算,其结果已足够用于计算能隙,且省时.选取m=n=3,4,5,6,7,8,10等结构的armchair型碳管,采用AM1方法对最高已占据分子轨道HOMO和最低空余轨道LUMO能级以及其能量进行系统计算和分析,其结果与实验结果一致.研究结果表明:对于armchair型纳米碳管,其能隙随直径的增大大致呈指数型衰减,轴向电导性逐渐增大;α和β电子交替分布在碳管管壁周围,且其电子密度i随直径的增大而趋于碳层表面的电子密度,σ键和π键的弯曲度减小,其径向特性大大减弱,纳米碳管性质逐渐趋近单层石墨性质,降低了其化学活性.     

树枝酞菁锌-单壁碳纳米管复合体系的合成

利用乙二胺对单壁碳纳米管进行氨基化修饰,进一步与四-[3,5-(二-4-羧基苯甲氧基)-苯甲氧基]锌酞菁发生酰基化反应.树枝酞菁锌-单壁碳纳米管化合物相对纯单壁碳纳米管能更好的溶解于有机溶剂二甲基甲酰胺中.通过紫外-可见吸收光谱和热重分析对所合成的树枝酞菁锌-单壁碳纳米管化合物进行了表征.本研究为碳纳米管在生物医学中的应用提供实验理论依据.