B和N原子掺杂超长(3,3)单壁碳纳米管的从头算研究

用从头算的周期边界条件方法,建立了(3,3)型超长单壁碳纳米管的新模型.使用B3LYP/3-21G方法计算了B和N掺杂纳米管的结构参数、掺杂能量、能带结构以及能隙.研究表明,B和N原子掺杂的(3,3)型单壁碳纳米管具有直接带隙半导体特征,其α轨道计算所得能隙值分别为1.797和2.041 eV.     

超长(n,n)型氮化硼纳米管的从头算研究

用密度泛函B3LYP/3-21G*方法,并利用周期边界条件,研究了n=2～17不同管径的超长(n,n)型氮化硼纳米管的结构、能量、能带结构和能隙.研究表明,氮化硼纳米管带隙较大,具有较好的绝缘性,当n为2和3时,其间接能隙值在分别为5.93～6.06 eV,当n=4～17之间时,其间接能隙值在6.19～6.23 eV之...     

扶手椅型单壁碳纳米管的结构和稳定性

用AM1和PM3两种方法对相同长度不同直径以及相同直径不同长度的扶手椅型单壁碳纳米管进行了优化, 并对AM1方法优化所得到的碳纳米管的几何结构进行了振动频率分析和p轨道轴矢量(POAV)分析, 发现了其热力学稳定性随碳纳米管直径和长度的变化规律, 讨论了各碳纳米管的张力、碳原子的杂化状态和共轭程度随碳纳米管直径的变化关系, 并与苯和C60做了比较。     

扶手椅型单壁碳纳米管的理论研究

用半经验的AM1和PM3 方法,对不同长度的扶手椅型单壁碳纳米管(3,3)进行了理论研究.讨论了其几何结构、前线轨道的分布情况和红外光谱.结果表明:碳纳米管中的六边形不再像石墨中的六边形,而是发生了变形;从碳纳米管的中间到两端,各层碳原子在前线轨道中的轨道系数的平方和呈现规律性衰减的锯齿状变化;用AM1方法计算得扶手椅型单壁碳纳米管(3,3)的红外特征吸收波数约在1290～1645cm^-1之间.     

多壁碳纳米管的掺氮改性及场效应管特性研究

以二茂铁为前驱体, 提供催化剂与部分碳源, 三聚氰提供氮源与另外一部分碳源, 在硅基底上制备出了碳纳米管阵列. 碳纳米管为多壁结构, 单根碳纳米管的平均直径为50 nm. 碳纳米管的X射线光电子谱(XPS)在398.4 eV处出现特征峰, 表明为氮掺杂的碳纳米管. 用其制备的场效应管在室温大气环境下稳定地表现为n型场效应特性, 并且具有非常低的关闭状态电流(off-state current)以及良好的负门电压对漏极电流的抑制作用, 单位源漏偏压下漏极电流为100 pA量级. 实验中采用了源/漏电极不对称的绝缘层结构, 使得门电压对源漏两极的电场调制也不对称, 从而实现了对漏电极的门电压调制.     

大面积N-掺杂定向碳纳米管阵列的制备与表征

采用无模板的化学气相沉积(chemical vapour deposition，CVD)法，以二甲苯和乙二胺为反应物，二茂铁为催化剂，以石英玻璃为衬底，制备了大面积、垂直于石英衬底生长、掺杂N的定向碳纳米管阵列。扫描电镜检测表明制备的定向碳纳米管阵列具有很好的定向性，而且管身平直。高分辨透射电镜的检测表明制备的碳纳米管具有较好的石墨化程度和较高的纯度，首次在碳纳米管内腔中发现了原位生长的“类富勒烯”结构。拉曼光谱的检测表明制备的定向碳纳米管阵列中含有大量的单壁碳纳米管。X射线光电子能谱检测表明N原子成功地被掺进了碳纳米管中，而且N原子的百分比随着碳源中N原子浓度的增加而增加，当碳源中n_C∶n_N比为1∶1的时候，在掺杂的碳纳米管中N原子的物质的量分数可以达到2.51%。     

超长碳纳米管的结构调控与制备：进展与挑战

碳纳米管由于其优异的性能和广泛的应用,在过去近三十年中引起了研究者广泛的研究兴趣。在众多不同类型的碳纳米管中,超长碳纳米管由于具有厘米级甚至分米级以上的宏观长度和相对完美的结构,展示出了优异的力学、电学、热学等多方面的优异性能,在透明显示、微电子产业、超强纤维、航空航天等领域具有广阔的应用前景。超长碳纳米管的结构控制制备是充分开发其优异性能并实现其实际应用的关键。在过去二十多年间,超长碳纳米管的研究取得了重要的进展。但同时,在结构控制与批量制备方面也面临巨大的挑战,还存在许多尚未解决的科学与技术难题,从而限制了其实际应用。本文对超长碳纳米管的生长机理、结构控制、选择性制备以及优异性能方面的进展及其背后的创新思想进行了系统的回顾;与此同时,讨论了超长碳纳米管近年来的研究进展、目前面临的挑战和未来的重点攻关方向。期望本文能为超长碳纳米管的可控合成、批量制备以及未来应用提供更多的启发和借鉴,为早日实现高质量超长碳纳米管的宏量制备和产业化起到一些推动作用。     

扶手椅型单壁碳纳米管生长机理的理论研究

用Gaussian03程序中的AM1方法对扶手椅型单壁碳纳米管的生长机理进行了研究. 结果表明, 若碳纳米管生长的碳源是C2自由基, 则有一条反应途径可能是：C2自由基首先与碳纳米管的开口端形成一个中间体, 然后该中间体经过一个过渡状态, 形成产物；从(3, 3), (4, 4), (5, 5)到(6, 6), 其生长反应的活化能逐渐降低. 同时 研究发现, 活化能的高低与碳纳米管共轭程度的大小有关, 碳纳米管的共轭程度越大, 活化能越低；在靠近新形成的六元环的两侧, 碳纳米管可能优先继续生长.     

苯环共价功能化碳纳米管电性理论研究

通过4种键连方式将苯环共价连接到超晶胞为1×1×3的锯齿型单壁碳纳米管CNT(8,0)上.在密度泛函理论基础上,通过Siesta软件计算苯环共价功能化碳纳米管的几何结构、能带结构、态密度和波函数,分析键连方式对碳纳米管电性的影响.结果表明苯环通过4种键连方式共价功能化的碳纳米管都是在Γ点具有直接带隙的半导体.其中直接键连和酰胺键连得到的苯环功能化碳纳米管在费米能级附近产生杂质带,比纯CNT带隙减小约0.4e V.而通过2个亚甲基键连和吡咯烷键连2种方式功能化的碳纳米管,其带隙仅比纯CNT带隙减小0.1~0.15e V.     

掺杂碳纳米管对五氯酚吸附作用的理论研究

为了寻找检测高毒性、持久性有机污染物五氯酚(PCP)的新型材料,应用密度泛函理论研究了(8,0)和(5,5)单壁碳纳米管(SWCNT)以及相应的Si、B和N掺杂的SWCNT对PCP分子的吸附性能.计算结果表明,(8,0)和(5,5)SWCNT与PCP分子之间为物理吸附;Si原子掺杂(8,0)和(5,5)SWCNT,引起了碳纳米管掺杂部位六元环的畸变,增强了SWCNT的反应活性,掺杂后的SWCNT对PCP分子形成化学吸附,其几何结构和电子性质发生了显著变化;B和N原子掺杂的SWCNT对PCP分子的吸附没有明显增强.Si原子掺杂的SWCNT最有潜力用于检测PCP分子.     

碳掺杂硼氮纳米管导电性的理论研究

根据DFT/B3LYP的计算结果,从能带、态密度和电子结构的变化,讨论了以C_C键替换B_N键的二碳和四碳掺杂的硼氮纳米管的导电性.结果表明,替换后硼氮纳米管的导电性能增强,并且可以通过控制替换的量来调节管的半导体性能