硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了小直径锯齿形单壁碳纳米管（3,0）的硼（B）、磷（P）单个原子掺杂和B/P共掺杂效应. 计算了B、P单原子掺杂的形成能、能带结构和电子态密度,分析得出B、P掺杂（3,0）单壁碳纳米管是可行的,并且碳纳米管的导电性没有发生明显改变. 本文还计算了在不同掺杂位点,（3,0）金属性碳纳米管的形成能和能带结构,发现B/P共掺杂也是可行的,B和P趋于形成B/P对,并且B/P的掺入使（3,0）金属性碳纳米管的能带打开,由金属性变成半导体性.     

第一性原理计算Ti掺杂CrSi2的光电特性简

采用第一性原理方法对Ti掺杂CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数、反射谱、折射率和光电导率进行了计算,对Ti置换Cr原子后的光电特性变化进行了分析.结果表明:Ti置换Cr原子后,晶格常数a,b和c均增大,体积变大;Ti的掺入引入了新的杂质能级,导致费米能级插入价带中,Cr11TiSi24变为p型半导体,带隙宽度由未掺杂时的0.38eV变为0.082eV,价带顶和导带底的态密度主要由Cr-d和Ti-d层电子贡献;与未掺杂CrSi2相比,Cr11TiSi24的介电峰发生了红移,仅在1.33eV处有一个峰,而原位于4.53eV处的峰消失;吸收系数,反射率和光电导率明显降低.     

锯齿型单壁碳纳米管能隙的第一性原理研究

本文采用基于广义梯度近似(GGA)的第一性原理方法,对锯齿型单壁碳纳米管(7,0)、(8,0)、(9,0)、(12,0)的能带结构和能隙进行理论计算.结果表明,各孤立管能隙值跟紧束缚(TB)近似所推出的结论有很大的出入,但跟实验观测结果比较接近.本文对引起这一差异的原因做了初步探讨.     

B在Hg0.75Cd0.25Te中掺杂效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过形成能和束缚能的计算研究了B在Hg_0.75Cd_0.25Te 中的掺杂效应.结果表明B在Hg_0.75Cd_0.25Te中存在着两种主要形态:第一种是在完整的 Hg_0.75Cd_0.25Te材料中B稳定存在于六角间隙位置而非替位.此时,B形成容易激活的三级施主使材料表现为n型.另一种是在有Hg空位存在的Hg_0.75Cd_0.25Te中B更容易与Hg空位结合形成缺陷复合体,其束缚能达到了0.96 eV.这种复合体在Hg_0.75Cd_0.25Te材料中形成单施主也使材料表现为n型.考虑到辐照损伤形成的Hg空位受主,这种B与Hg空位的复合体是制约B离子在MCT中注入激活的一个重要因素.     

Fe掺杂碳纳米管吸附甲硝唑的第一性原理计算

甲硝唑(MNZ)的滥用对水环境造成了严重的污染.本文采用第一性原理计算的方法,研究了单壁碳纳米管(CNT)和Fe掺杂碳纳米管(Fe-CNT)对MNZ的吸附作用.分别计算了单壁CNT和Fe-CNT与MNZ的吸附结构、吸附能、电子轨道、电荷转移、态密度等.结果表明原始CNT对MNZ吸附作用较弱,而Fe-CNT与MNZ的相互作用明显增强.因此,Fe-CNT有望成为吸附水中污染物MNZ的候选材料.     

B（N）掺杂单壁碳纳米管的Al原子吸附性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法和广义梯度近似,对未掺杂、掺B、掺N的碳纳米管(CNT)不同位置上Al原子的吸附进行了几何优化,计算了吸附Al、掺杂前后CNT的能带结构、态密度、差分电荷密度、电荷布居数和吸附能.计算结果表明,掺B使CNT形成缺电子状态,利于具有自由电子的Al原子的吸附结合,可显著提高Al在金属性的(5,5)CNT和半导性的(8,0)CNT外壁的吸附能;掺杂N形成多电子状态,在费米能级附近半满的施主能级也利于填充Al的价电子,改善Al在(5,5)CNT和(8,0)CNT外壁的吸附结合性 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 B(N)掺杂 Al原子吸附     

碳纳米管负载矾的第一性原理研究

本文基于密度泛函第一性原理研究了原始和带有缺陷的(Stone-Wales缺陷和单空位缺陷)碳纳米管负载金属V的稳定构型.对于V吸附在原始碳纳米管(CNT)上时,V在内表面的吸附比外表面的吸附有更强的相互作用力,且六元环内表面结构最稳定.当V与Stone-Wales缺陷碳纳米管相互作用时,V原子易吸附在管外七元环C-C键的外表面和内表面处,这说明缺陷位置的有效结合使之局域化加强.而以单空位缺陷碳纳米管为载体时V最易吸附在外缺陷处,相当于碳纳米管的一个C被金属V原子取代,形成了3个V-C_(sur)键,这进一步表明SV管外吸附比管内吸附更容易.我们从上述三种构型载体中发现,金属V吸附在缺陷碳纳米管时的稳定性要优于原始碳纳米管,且SV缺陷对金属V的固定效果最好.     

He原子掺杂铝材料的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),计算了铝及铝晶胞间隙位置掺入He原子后体系的几何结构、电子结构、总体能量和电荷布居值.计算结果表明:随着氦在金属铝中逐渐形成,铝晶胞体系会发生晶格畸变,但总的趋势是He在铝体系的八面体位置的晶格畸变小于其在四面体位置的晶格畸变.He在铝晶胞八面体和四面体间隙的杂质形成能分别为1.3367 eV和2.4411 eV.由此可知,He在铝晶胞中最稳定位置是八面体间隙位置.同时,文中还从原子尺度层面分析了He原子在铝晶胞中的占位及其键合性质,讨论 关键词： 铝材料 第一性原理 形成能     

扶手椅型单壁碳纳米管中的B/N对共掺杂

利用第一性原理电子结构计算方法,研究了扶手椅型单壁碳纳米管（SWCNT）的B/N对掺杂效应.研究发现,对于扶手椅型SWCNT两个不同的掺杂位点,B/N对更容易发生在与管轴线成30°角的P₁位点上.B/N对的掺杂使得金属性SWCNT能隙打开,且能隙随着B/N对轴向掺杂浓度的升高而逐渐增大.同时,还发现两B/N对掺杂后SWCNT的电子结构敏感地依赖于B/N对在圆周上的相对位置,能隙随着B/N对相对距离的增大而增大.这归结于B/N对的掺入影响了原有的电荷分布,这种影响是局域的 关键词： 单壁碳纳米管 B/N对掺杂 电子结构 第一性原理     

Co掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波（PAW）方法,研究了具有钙钛矿结构的BiFeO₃材料及对BiFeO₃进行B位Co元素替代掺杂得到的BiFe_075Co_025O₃材料的磁结构、电子结构、能带结构.结果表明：Co的掺入不破坏原有的钙钛矿结构,对材料铁电性影响不大;掺杂导致原有的G型反铁磁序发生变化,形成了亚铁磁序的磁结构,材料的铁磁性有了很大提高;然而,Co杂质的掺入使材料的绝缘性有所减弱. 关键词： 第一性原理计算 3')" href="#">Co掺杂BiFeO₃ 铁磁性     

氮掺杂手性碳纳米管的电子结构和输运特性的理论研究

运用第一性原理的密度泛函理论,结合非平衡格林函数,研究了氮原子取代掺杂手性单壁(6,3)碳纳米管的电子结构和输运特性.计算结果表明:不同构形和不同数目的氮原子取代掺杂对手性碳管的输运性质有很复杂的影响.研究发现,氮原子掺杂明显改变了碳管的电子结构,使金属型手性碳管的输运性能降低,电流-电压曲线呈非线性变化,而且输运性能随着杂质原子间间距的变化而发生显著改变.在一定条件下,金属型碳管向半导体型转变. 关键词： 手性单壁碳纳米管 氮掺杂 电子结构 输运性能     

Synthesis of nitrogen-doped single-walled carbon nanotubes and monitoring of doping by Raman spectroscopy

Nitrogen-doped single-walled carbon nanotubes （CNx-SWNTs） with tunable dopant concentrations were synthesized by chemical vapor deposition （CVD）, and their structure and elemental composition were characterized by using transmission electron microscopy （TEM） in combination with electron energy loss spectroscopy （EELS）. By comparing the Raman spectra of pristine and doped nanotubes, we observed the doping-induced Raman G band phonon stiffening and 2D band phonon softening, both of which reflect doping-induced renormalization of the electron and phonon energies in the nan- otubes and behave as expected in accord with the n-type doping effect. On the basis of first principles calculations of the distribution of delocalized carrier density in both the pristine and doped nanotubes, we show how the n-type doping occurs when nitrogen heteroatoms are substitutionally incorporated into the honeycomb tube-shell carbon lattice.     

Boron/nitrogen pairs Co-doping in metallic carbon nanotubes: a first-principle study

By using the first-principles calculations, the electronic structure and quantum transport properties of metallic carbon nanotubes with B/N pairs co-doping have been investigated. It is shown that the total energies of metallic carbon nanotubes are sensitive to the doping sites of the B/N pairs. The energy gaps of the doped metallic carbon nanotubes decrease with decreasing the concentration of the B/N pair not only along the tube axis but also around the tube. Moreover, the I--V characteristics and transmissions of the doped tubes are studied. Our results reveal that the conducting ability of the doped tube decreases with increasing the concentrations of the B/N pairs due to symmetry breaking of the system. This fact opens a new way to modulate band structures of metallic carbon nanotubes by doping B/N pair with suitable concentration and the novel characteristics are potentially useful in future applications.     

First-principles study of metallic carbon nanotubes with boron/nitrogen co-doping

Using the first-principles calculations, we investigate the electronic band structure and the quantum transport properties of metallic carbon nanotubes (MCNTs) with B/N pair co-doping. The results about formation energy show that the B/N pair co-doping configuration is a most stable structure. We find that the electronic structure and the transport properties are very sensitive to the doping concentration of the B/N pairs in MCNTs, where the energy gaps increase with doping concentration increasing both along the tube axis and around the tube, because the mirror symmetry of MCNT is broken by doping B/N pairs. In addition, we discuss conductance dips of the transmission spectrum of doped MCNTs. These unconventional doping effects could be used to design novel nanoelectronic devices.     

单壁碳纳米管的场发射特性研究

利用场发射显微镜(FEM)和四极质谱计分别研究了经过热处理的单壁碳纳米管的场发射图像和热处理过程中样品脱附的残气质谱.当热处理温度达到1000℃左右时得到了单壁碳纳米管的场发射像,此像可能是顶端开口的单根(16,0)锯齿形单壁碳纳米管的具有原子可分辨的场发射图像.四极质谱分析结果表明,在此温度范围W针尖晶粒间隙中有O原子和C原子释放出来.它们对单壁碳纳米管顶端的修饰是我们能观察到这些碳纳米管场发射像的可能原因. 关键词： 单壁碳纳米管(SWCNTs) 场发射显微镜(FEM) 四极质谱     

金属铈催化剂对单壁纳米碳管生长和结构的影响

研究了一种利用新型催化剂制备单壁纳米碳管（SWNTs）的工艺方法.将金属铈的氧化物（Ce O₂）与石墨粉按一定比例混合，填充到已打好孔的石墨棒中制成复合石墨电极 ，以其为阳 极在高温氦电弧中实施电弧放电.放电后的生成物经高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和拉曼 光谱(Raman)的观察及分析表明：生成物中含有大量呈束状存在的单壁纳米碳管，管径均匀 ，平均直径为120—132nm. 关键词： 单壁纳米碳管 电弧放电 透射电镜分析     

锯齿型单壁碳纳米管的广义层错能计算

基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了两种不同半径的锯齿型单壁碳纳米管以及单层石墨的广义层错能曲线。对小位移处广义层错能曲线进行斜率拟合所得切变模量与其它文献值一致。对三条广义层错能曲线的对比可知,锯齿型碳纳米管与单层石墨的广义层错能曲线相近,锯齿型单壁碳纳米管的曲率效应不明显。     

Growth of small diameter multi-walled carbon nanotubes by arc discharge process

Multi-walled carbon nanotubes （MWCNTs） are grown by arc discharge method in a controlled methane environment. The arc discharge is produced between two graphite electrodes at the ambient pressures of 100 tort, 300 torr, and 500 torr. Arc plasma parameters such as temperature and density are estimated to investigate the influences of the ambient pressure and the contributions of the ambient pressure to the growth and the structure of the nanotubes. The plasma temperature and density are observed to increase with the increase in the methane ambient pressure. The samples of MWCNT synthesized at different ambient pressures are analyzed using transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray diffraction. An increase in the growth of MWCNT and a decrease in the inner tube diameter are observed with the increase in the methane ambient pressure.     

双层h-BN/Graphene结构稳定性及其掺杂特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了双层h-BN/Graphene的稳定性及其掺杂特性.研究发现,双层h-BN/Graphene能带结构在K点处有一个小的带隙,在费米能处有类Graphene的线性色散关系.通过施加应变和掺杂来调节带隙,发现掺杂后费米能级附近引入的新能级,主要是N原子的贡献,掺杂后的Na原子和N,C之间存在电荷转移,材料转变为金属性.电荷的转移、载流子密度的增加,在电子元器件中有重要的应用前景.