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.     

不同结构单壁碳纳米管热传导的分子动力学模拟

采用基于线性响应理论的平衡态分子动力学方法,计算了扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管(SWNTs)的导热系数,并给出其随管长、直径和温度的变化.在此基础上,对2种结构SWNTs的热传导性能进行了比较.模拟结果表明:SWNTs的导热系数在管长较短时随着管长的增加有所浮动但并不收敛,随温度的升高,导热系数将降低;2种结构SWNTs的导热系数均随着直径的减小而升高,且在相同直径时,不同结构碳纳米管的导热系数相差不大,这与输运方程进行理论求解的结果较为一致.     

三分子聚合体的束缚能和几何结构的变分计算

利用解少体问题的变分法，计算了三个三分子聚合体（Ｈ２）３、（Ｄ２）３和Ｎｅ３的束缚能量，用形状密度分析法研究了这些三聚体的几何结构和内部运动模式，得出了一些有意义的结果。     

蒽甲醇修饰单壁碳纳米管的研究

利用蒽甲醇对单壁碳纳米管进行了化学修饰，并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析．通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱，发现吸附后的光谱强度约下降了57．1%左右，说明单壁碳纳米管吸附上了蒽甲醇．通过拉曼光谱分析，发现吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7cm^-1，分析认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附蒽甲醇前后状态的改变导致的。     

蒽甲醇修饰单壁碳纳米管的研究

利用蒽甲醇对单壁碳纳米管进行了化学修饰，并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析．通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱发现，吸附后的光谱强度下降大约57．1％，说明单壁碳纳米管吸附上了蒽甲醇．通过拉曼光谱分析发现，吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7cm^-1，认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附蒽甲醇前后状态的改变导致的．     

C_(10)H_8修饰锯齿型单壁碳纳米管电子结构研究

通过对C10H8修饰锯齿型单壁碳纳米管的第一性原理电子结构计算,获得与相关文献第一性原理计算结果相一致的管外平衡距离,并在此基础上比较了不同吸附位置和构型的电子结构。发现C10H8与锯齿型单壁碳纳米管的管外吸附对能带带隙不产生显著的影响。进一步的比较分析发现,电荷的转移主要发生在价带第1、第2峰与导带第1峰之间,而价带第2峰对构型信息较为敏感。价带第1峰反应了C10H8分子与管轴位置的信息。相关结论将有可能应用于构建基于碳纳米管的高灵敏度、多功能有机分子传感纳电子器件。     

金原子在单壁碳纳米管中的结构理论研究

利用密度泛函理论方法研究了单个金原子填充于单壁碳纳米管(n,0)SWCNT(n=5–10)中的几何结构以及Au原子与不同横截面积的SWCNT的相互作用能.结果发现,在直径较小的(n,0)SWCNT(n=5–13)中,Au原子被束缚于纳米管的中心线上,随着横截面积的增加(n=11–13),Au原子将偏离纳米管的中心线.另外,随着纳米管横截面积的增加,Au原子与SWCNT的相互作用能随之增加,Au原子与(9,0)SWCNT的相互作用相对较强,然后随着SWCNT横截面积的进一步增加,曲率变小,Au与SWCNT的相互作用也随之变弱.结果表明(9,0)SWCNT可以被用作连续填充的对象构建SWCNT/一维线性单原子金属链纳米复合材料.     

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.     

布基管电子结构的紧束缚研究

描述了以（ｎ１，ｎ２）标记的各种布基管的几何结构，采用经验的原子轨道线性组合（ＬＣＡＯ）的方法研究了具有不同直径和旋转度的布基管的能带结构，在此基础上计算了它们的能态密度，结果表明，它们的电子结构不仅与石墨存在较大差别，而且相互之间差异也很大，通过紧束缚近似下对层状石墨Ｐｚ轨道的分析，并考虑到边界条件的限制，得到了关于布基管电子结构的一般规则。     

高温加热单壁碳纳米管的分子动力学研究

运用紧束缚分子动力学方法,模拟了单壁碳纳米管(SWCNT)在真空中高温受热形变直至破裂的过程。为研究不同手性角对碳纳米管性能的影响,选取半径相近、长度相同的(5,5)扶手椅型碳纳米管和(9,0)锯齿型碳纳米管进行模拟,两者的手性角分别为30°和0°。结果表明,扶手椅型碳管比锯齿型碳管具有更好的热稳定性和耐高温性。(9,0)锯齿型碳管在4700 K左右就开始破裂,而(5,5)扶手椅型碳管在5400 K左右才开始破裂。另外在高温下扶手椅型碳管的端口比锯齿型碳管的更易封闭,这可能意味着它们具有不同的生长方式。封口有助于减少端口的悬挂健,降低体系的能量。     

单壁碳纳米管修饰电极对色氨酸的电催化氧化

采用单壁碳纳米管修饰的玻碳电极对色氨酸的电极行为进行了研究,在0.1 mol.L-1邻苯二甲酸氢钾-盐酸缓冲溶液(pH 2.5)中,发现该修饰电极对色氨酸有明显的电催化作用,色氨酸浓度为1.2×10-6~3.0×10-4mol.L-1时峰电流与色氨酸浓度呈线性关系,检测限为2.5×10-7mol.L-1.同时,对色氨酸的氧化机理进行了考察,结果表明此反应过程是一个涉及2个电子转移和2个质子转移的吸附控制过程.     

单壁碳纳米管热导率几个问题的定量描述与分析

通过数据拟合,建立单壁碳纳米管的热导率与温度和管长的关系式、单位体积比热随温度变化的关系式,并进一步得出声子平均自由程随温度和管长变化的关系式.利用这些关系式定量分析热导率随温度和管长的变化,研究热导率—温度关系曲线达到峰值应当满足的条件以及影响峰值位置的因素.提出不同于指数函数的描述热导率的管长依赖性数学表达式,该式可以描述热导率随管长的增加趋于有限值的情形.定量分析声子平均自由程随温度和管长的变化,探讨热导率随管长增加趋于有限值的原因.     

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．     

芦荟大黄素在单壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为及分析应用

研究芦荟大黄素(AE)在单壁碳纳米管修饰玻碳电极(SWNTs/GCE)上的电化学行为.结果表明SWNTs/GCE对AE具有良好的电催化性能.在9.0×10-9～4.4×10-6 mol· L-1范围内,其差分脉冲伏安法(DPV)峰电流与AE的浓度呈良好的线性关系,检测限为5.0×10-9 mol·L-1,可用于药物制剂...     

First-principles study of the effects of Si doping on geometric and electronic structure of closed carbon nanotube

The effects of Si doping on geometric and electronic structure of closed carbon nanotube （CNT） are studied by, a first-principles method, DMol. It is found that the local density of states at the Fermi level （Er） increases due to the Si-doping and the non-occupied states above the Er go down toward the lower energy range under an external electronic field. In addition, due to the doping of Si, a sub-tip on the CNT cap is formed, which consisted of the Si atom and its neighbor C atoms. From these results it is concluded that Si-doping is beneficial to the CNT field emission properties.     

悬臂输流单层碳纳米管的颤振失稳分析

基于非局部弹性理论及欧拉-伯努利梁模型,并考虑了碳纳米管材料的黏弹性以及小尺度效应,应用哈密顿原理建立了悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动方程以及边界条件,借助微分变换法(DTM)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了管内流体流速、小尺度参数、质量参数和黏弹性参数对悬臂输流单层碳纳米管动力学行为的影响。结果表明,小尺度参数的增加将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;悬臂输流系统颤振失稳临界流速的大小是由管道自流体中的吸入能、管道系统储存的弹性能以及管道黏弹性特性的振动耗散能三者共同决定的。     

小口径单壁碳纳米管的最低光学声子模

扶手型及锯齿形单壁碳纳米管的最低光学声子模并不一定是E_2g或E₂模.对于轴向晶格常数比横截面周长大的单壁碳纳米管来说,其最低光学声子模是垂直于其轴向方向振动的一种驻波.通过基于经验势函数的模拟计算,确定这种光学声子模的能量是正比于碳纳米半径的.     

单壁碳纳米管超声裂解制备石墨烯纳米带

将单壁碳纳米管仅通过气相氧化和超声裂解两步制备出了石墨烯纳米带,采用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)对制备出的石墨烯纳米带进行形貌和结构分析。结果表明,此方法制备的石墨烯纳米带宽度狭窄、边缘光滑,并且相比于刚性的单壁碳纳米管具有良好的柔韧性,大约为2nm的厚度也说明了石墨烯纳米带的双层结构。在气相氧化和超声裂解的过程中,拉曼光谱中D峰与G峰的比值始终保持在0.15左右,表明在整个制备过程中,并没有引入新的缺陷。此方法相比于其他方法制备出的纳米带具有结晶度高、宽度狭窄、边缘光滑等优点。