几种低维碳纳米结构的密度泛函理论研究

• 作 者: 白红存
• 机 构: 北京师范大学
• 出 处: 北京师范大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 富勒烯 碳纳米管 载流子迁移率 密度泛函理论 晶体轨道法 自洽场分子轨道法

近年来，低维碳纳米体系因新颖的结构和奇特的性质起了人们的广泛关注。本论文使用基于密度泛函理论的自洽场分子轨道法和晶体轨道法对几种低维碳纳米结构进行了理论探讨。论文的主要工作如下：　　
1.使用基于密度泛函理论的自洽场分子轨道法，对多种哑铃型C50二聚体的结构、稳定性和电子性质进行了系统研究。这些二聚体的稳定性与它们的成键位置、结合方式以及碳笼的扭曲形变有关。首次提出了预测富勒烯[2+2]环加成型二聚体的相对稳定性的规则。　　
2.基于密度泛函计算，研究了由C50笼构成的几种花生状二聚体和花生状碳纳米管，发现碳笼间的融合在能量上是有利的。四种花生状碳纳米管在中性条件下都是半导体。此外还计算了这些花生状纳米管的杨氏模量。　　
3.使用密度泛函理论和自洽场晶体轨道法，研究了由富勒烯C36构成的一维共面型聚合物。这些共面聚合物的生成在能量上都是有利的。它们可以是半导体或金属。还对这些聚合物的杨氏模量和载流子迁移率进行了探讨。　　
4.将二维石墨二炔切割成一维纳米带。利用密度泛函计算讨论这些具有不同边缘和宽度的石墨二炔纳米带的结构、稳定性、电子性质和力学性质以及载流子迁移率。发现一维纳米带比二维结构能量更低，而且全部显示半导体的性质，电子迁移率可以达到106cm2V-1s-1。　　
5.基于密度泛函理论和自洽场晶体轨道法，对由线型碳链填充锯齿型双壁碳纳米管构成的复合型碳纳米线进行了理论研究。结果表明，内层和外层碳管对于调节碳链的电子性质都具有重要影响。根据计算得到的能带结构，这里所有的碳纳米线均为金属。