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.     

氮掺杂单壁碳纳米管结构的第一原理计算

利用第一原理, 通过密度泛函理论计算掺杂氮原子的单壁碳纳米管几种可能的几何结构. 研究表明, 含氮的锯齿型单壁碳纳米管比含氮的扶手椅型单壁碳纳米管的几何结构稳定; 在富含氮的单壁碳纳米管中, 径向形变比轴向形变明显, 并讨论了掺杂氮后碳纳米管中碳氮原子间的键合情况.      

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.     

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。     

镓掺杂碳纳米管场发射性能的研究

采用催化热解方法制备出镓掺杂碳纳米管,并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜.扫描电子显微镜观察表明,纳米管直径在20~50 nm之间.对此薄膜进行低场致电子发射测试表明,其场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管.当外加电场为1.1 V/μm,发射电流密度为50μA/cm2;当外电场增加到2.6 V/μm时,发射电子密度达到5 000μA/cm2.对其场发射机理进行探讨.     

第一原理研究Re在Ni3Al中的掺杂效应

采用基于密度泛函的第一原理分子密度泛函方法(DMol)和离散变分方法(DVM),研究了Re在Ni_3Al中的掺杂效应.计算表明:在Ni_3Al中,Re择优占据Al晶位,且Re导致局域畸变.计算结果与实验以及其他相关的理论计算结果相一致.差分电荷密度、键序以及态密度分析表明Re导致其近邻原子间相互作用加强,Pauli谱分析发现Re具有共振态和局域态性质,且与其近邻原子形成杂化健.     

硼掺杂对(2,2)单壁碳纳米管电子结构影响研究

基于密度泛函理论下的第一性原理,计算了不同Ｂ掺杂浓度的SWCNT的几何形状结构、杂质的形成能、能带结构和态密度（DFT）,研究了Ｂ掺杂对（2,2）单壁碳纳米管（SWCNT）电子结构的影响．Ｂ杂质的引入使SWCNT的管径增大,杂质的形成能为负值,表明（2,2）SWCNT进行掺Ｂ的过程为放热反应,Ｂ原子以替位形式掺入碳纳米管中是可行的．掺杂Ｂ后,SWCNT的费米能级向价带迁移,使（2,2）SWCNT转变为ｎ型半导体．     

磷掺杂对单壁碳纳米管电子结构的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理对掺P的单壁碳纳米管（SWCNT）进行以下方面的计算：几何形状结构和电子能带结构,杂质的形成能、总能量、态密度和能带结构.得出在不同管径的P掺杂SWCNT中,杂质的形成能随着管径的增大而增大,相同管径的SWCNT的总能量随着掺杂浓度的增大而减小,不同位置杂质P和它附近的C所形成的键角不同,进一步得到不同位置杂质产生的杂质能级的位置也不同,这可能由C—P—C键角的大小决定.从结果中还得到P原子以替位式掺杂形式掺入到碳纳米管中是可行的,而且掺P的SWCNT导电呈现出N型.     

Al掺杂ZnO光学性能的第一性原理研究

本文用平面波赝势方法(PWP)计算了Al掺杂ZnO前后的光学特性,即介电函数虚部2ε(ω)并从能带结构和态密度图上解释了为什么掺Al后ZnO的光学谱在3.045、7.158、10.066、11.386和13.649eV处的峰消失了,在1.835、4.329、5.460、6.592、10.668和12.024eV处的峰值减小了,而在8.100和8.855eV处的峰值增大了的原因,并从光谱图上分析得出,掺杂后的ZnO要发生蓝移现象。     

利用能量原理研究单壁碳纳米管的剪切模量

利用能量方法研究了单壁碳纳米管（SWCNT）的剪切模量．采用分子力学理论得出了受扭矩作用下单壁碳纳米管的总势能;通过总势能与相应的薄壁圆筒的扭转变形能比较,推导出了单壁碳纳米管剪切模量的计算公式;碳纳米管剪切模量的计算结果与现有的研究结果相符,从而证实了本文计算公式正确有效．     

纳米管钛酸钠薄膜电极的制备、表征及光电化学研究

采用涂覆法制备了纳米管钛酸钠薄膜电极,并用TEM、DRS、XRD和SEM对电极材料和电极表面进行了表征,用光电化学方法研究了纳米管钛酸钠的光电化学行为,通过与TiO2(P25)薄膜电极进行比较,得出了纳米管钛酸钠显示出P型光响应的结论。     

石墨烯吸附有机分子硝基苯性质的第一性原理研究

基于量子力学的第一性原理,我们计算了石墨烯吸附有机分子硝基苯的特性.在吸附体系中,吸附分子平面平行于石墨烯衬底时吸附能最大,同时此吸附导致衬底晶格微弱的膨胀.吸附分子平面垂直石墨烯吸附时,吸附能较小,且衬底晶格有微弱的收缩.由于硝基和石墨烯之间较强的相互作用,吸附结构的能带中出现明显的掺杂态.这说明了石墨烯可以作为有机分子硝基苯的化学传感器件之一.     

丝网印刷碳纳米管显示器驱动电路的研制

为解决采用丝网印刷技术制作的碳纳米管显示器件(CNT-FED)驱动电压高、亮度均匀性差的问题,设计并实现了电压控制的寻址与显示分离型的驱动电路.采用分离高压控制器件实现了行、列驱动电压波形,并利用反向高压控制暗像素点,不仅能满足丝网印刷CNT-FED 700~1 000 V的高压驱动要求,并且有效抑制了漏电流导致的串亮现象.在各行电路上设计了限流电阻,对场发射电流起到反馈作用,有效改善了亮度均匀性.该驱动电路成本低,且从电路角度提升了丝网印刷CNT-FED的亮度和发光均匀性.测试结果表明:由新电路驱动的CNT-FED可实现动画显示,峰值亮度可达到1 400 cd/m2.     

碳纳米管改性P(VDF-HFP)基聚合物电解质的电学性能研究

制备了以偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物P（VDF-HFP）为基质的聚合物电解质,并掺入碳纳米管,测定该电解质的交流阻抗特性和直流伏安特性。结果表明,加入适当碳纳米管可以提高电解质的离子电导率,改善电解质的电学性能。     

Al,Si,P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Al、Si和P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响.Ge原子在完整石墨烯上吸附的最稳定位置为桥位,Ge的吸附改变了石墨烯中C原子的电子自旋性质;Al、Si和P掺杂石墨烯使衬底C原子发生了移动,且Si,P原子掺杂比Al掺杂石墨烯容易;杂质类型对Ge在石墨烯上的吸附位置有较大的影响,...     

碳纳米管表面的胺基化

为了增加碳纳米管在有机溶剂的分散性和反应活性．通过水溶液中的化学反应,成功在CNT表面接枝了具有较高反应活性的伯胺．应用FTIR,TGA及溶解性实验对产物进行了表征．而且,本实验中的方法可以增加接枝有机官能团的密度。具有较好的应用前景．     

等离子体表面氮掺杂对非晶碳膜场发射特性的影响

氢化非晶碳膜作为一种场致阴极电子发射材料已被广泛研究,通过对薄膜进行掺杂以提高其场发射特性已被证明是行之有效的方法之一.利用常规等离子体化学气相淀积技术制备了氢化非晶碳薄膜材料,在原位利用氮等离子体对碳膜表面进行N型掺杂.通过不同手段研究了氮表面掺杂前后非晶碳膜的微结构和化学键的变化,对表面掺杂前后的薄膜的场电子特性的测量表明,在氮表面掺杂后其场电子发射特性有了明显改善,特别是场发射的阈值电场从掺杂前的3.2 V/μm下降到掺杂后的1.0 V/μm.初步实验分析表明:由于氮表面掺杂后,在碳膜表面形成N-H键,从而导致碳膜表面的有效功函数降低使场电子发射特性得以提高.     

掺氮碳纳米管阵列的制备及其场发射特性

使用结构简单的单温炉设备,以二茂铁为碳源与催化剂,三聚氰胺为氮源在硅基底制备出了碳纳米管阵列。所得的碳纳米管为多壁结构,单根碳纳米管的平均直径为50nm,长度为15μm,有着很好的定向性。透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子谱(XPS)分析表明所得的碳纳米管是氮掺杂的。利用场发射显微镜研究了掺氮碳纳米管阵列的平面场发射特性,相应的开启场强为1.60V/μm,场发射图像表明了其有较高的场发射点密度。