实现纳米结构的新途径—STM制版技术

实现纳米结构和器件，对于开发基于量子效应的新器件和提高现有电子器件的性能，具有重要的意义．扫描隧道电子显微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＭ）具有原子尺度的分辨率，用以进行表面加工，可能发展成一种实现纳米结构和器件的新技术．本文简单介绍用ＳＴＭ进行纳米级制版的原理、方法以及在实验室中已实现的水平和前景．     

STM图像的理论模拟

本文简要综述了STM基本理论和模拟方法 ,着重介绍了我们的一些工作 ,构造团簇模型和采用第一性原理方法 (DV LDF) ,模拟出不同取向C60 和它吸附在金属和半导体表面的STM图像 ,理论模拟结果都反映出了STM实验图像的主要特征     

STM图像的理论模拟

本文简要综述了STM基本理论和模拟方法 ,着重介绍了我们的一些工作 ,构造团簇模型和采用第一性原理方法 (DV LDF) ,模拟出不同取向C60 和它吸附在金属和半导体表面的STM图像 ,理论模拟结果都反映出了STM实验图像的主要特征     

碳纳米管和高取向热解石墨的拉曼光谱对比研究

同时测量了碳纳米管（Ｄ－ＣＮＴ）和高取向热解石墨（ＨＯＰＧ）的拉曼光谱，第一次分别在ＨＯＰＧ和Ｄ－ＣＮＴ中观察到了位于４２６５ｃｍ－１和４２４８ｃｍ－１的（Ｇ＋Ｄ＊）三级模的拉曼散射；拉曼谱的研究显示，Ｄ－ＣＮＴ的结构比ＨＯＰＧ的无序，同时也进一步表明此无序程度主要来源于结构的缺陷，而非石墨层卷曲成筒状之故     

镁/镀镍碳纳米管界面特性电子理论研究

建立了复合材料中（镀镍）碳纳米管/镁界面原子集团模型,采用递归法计算了界面电子结构.计算表明：镀镍碳纳米管与镁形成的界面结构能、原子结合能较低,镍能够加大纳米管/基体界面结构的稳定性,促进界面结合强度的提高;在界面镍镀层中镁原子的相互作用能为正,说明镍镀层中的镁原子相互排斥,不能形成原子团簇,具有有序化倾向,形成起到强化界面作用的有序相;碳、镁原子在未镀镍碳纳米管与镁的界面格位能较高,降低界面稳定性,因而界面比较脆弱.碳纳米管镀镍后,镍使界面处镁、碳的格位能大幅降低,界面稳定性增强. 关键词： 复合材料 纳米管 电子结构 界面     

锗硅表面结构和动态过程的STM研究

尽管作为微电子工业的基础,硅和锗的表面和界面几十年来一直是研究的热点,但和纳米技术等不断提出的问题相比,对它们的了解仍很不够。为此,最近我们用扫描隧道显微镜和低能电子衍射方法,对锗硅表面的稳定性、宏观小面化、纳米小面化、小面化的规律、稳定表面的比自由能、表面原子结构以及表面和亚表面原子的动态过程进行了大量的系统的研究。文章综述已取得的研究结果。这些结果除具有重要的基础意义外,对半导体异质外延生长衬底选择,以及量子线和量子点自组织生长模板的选择都会有帮助。     

碳纳米管增强铝基复合材料电子理论研究

采用自行开发计算机软件，建立了铝晶粒大角度重位点阵晶界模型及碳纳米管与铝金属的界面结构，利用递归法计算了纳米碳管增强铝基复合材料的电子结构参数(铝晶界、铝与纳米管界面及纳米管的结构能，体系费米能级等). 计算结果表明：Σ为5的晶界结构能最低，比较稳定；纳米碳管在铝晶粒的晶界处与铝形成的界面结构能较低，复合材料中纳米碳管主要分布在铝晶粒的晶界处；铝提高纳米碳管的结构能，降低纳米碳管的稳定性，增强碳管的物理化学活性，且管口处的碳原子稳定性较差，易与周围环境中的原子结合生成稳定结构. 关键词： 电子结构 晶界 铝复合材料 纳米管     

C60不同吸附取向的STM图象的理论模拟

采用离散变分局域密度泛涵（ Ｄ Ｖ Ｌ Ｄ Ｆ） 方法,基于 Ｔｅｒｓｏｆｆ Ｈａｍａｎｎ 的扫描隧道显微镜（ Ｓ Ｔ Ｍ） 理论,通过计算单个 Ｃ６０ 五种不同吸附取向的电荷密度分布图来模拟其 Ｓ Ｔ Ｍ 图象．计算结果表明,不同取向 Ｃ６０ 的电荷密度分布图有各自的特征‘指纹’,其中模拟正偏压情形下 Ｃ６０ 的最低未占据分子轨道（ Ｌ Ｕ Ｍ Ｏ） 分布图与其 Ｓ Ｔ Ｍ 图象具有较好的可比性．与实验上已有的 Ｓ Ｔ Ｍ 图象和文献中的理论计算结果比较,可以确定 Ｃ６０ 在一些表面上的吸附取向．根据我们实验上获得的 Ｓ Ｔ Ｍ 图象及理论模拟结果,发现 Ｃ６０ 在 Ｓｉ（１１１）７ ×７ 表面存在一种新的吸附取向,即５ —６ 键朝上．计算结果还对 Ｓ Ｔ Ｍ 的实验工作具有一定的指导意义,并可以采用这一方法,用来确定其他分子的吸附取向．     

变形碳纳米管的研究

给出了一些用透射电子显微镜观察到的变形碳纳米管结果，它们在形态上可以分为径向形变和轴向形变两类．这种在氩气氛电弧放电阴极沉积物中生成的变形纳米管，可以用我们建议的模型定性地加以解释 关键词：     

中美科学家合成最小碳纳米管结构富勒烯C90

<正>近日,浙江大学和美国加利福尼亚大学科研人员成功合成世界上最小碳纳米管结构的富勒烯C90,成果发表在2010年49卷第1     

高温STM研究氧化物表面结构取得重要进展

在各种扫描探针显微术 (ＳＰＭ)中 ,扫描隧道显微术 (ＳＴＭ)的分辨率最高 ,利用ＳＴＭ已经在半导体和金属表面结构的研究中取得许多重要的结果 .但通常的ＳＴＭ不能用于不导电的氧化物表面结构的研究 ,从而使氧化物表面结构的研究远远落后于半导体和金属表面结构的研究[1] .近几年来英国牛津大学Ｃａｓｔｅｌｌ等[2— 4 ] 发展了高温ＳＴＭ ,使氧化物样品的温度可以达到 2 0 0— 5 0 0℃ ,此时氧化物有足够的导电性 ,从而可以得到原子级分辨率的ＳＴＭ像 ,取得了氧化物表面结构研究的重要进展 .用ＳＴＭ研究表面结构时 ,样品上的偏压可正可…     

聚苯胺-碳纳米管复合体的制备及其光响应

纳米尺寸导电材料对功能分子材料及分子器件的作用越来越显得重要.采用原位乳液聚合法制备聚苯胺 碳纳米管复合体，SEM和TEM照片显示复合管的直径为60—70nm，聚苯胺的包裹层厚度约25—30nm.x射线衍射及热分析表明纳米复合管的结晶性能增强，热稳定性得到提高.光电响应试验表明复合管的光吸收增强，光电流增大，说明聚苯胺 碳纳米复合管薄膜受光照射后发生了光诱导电荷分离现象. 关键词： 聚苯胺 碳纳米管 复合纳米管 光电流     

利用STM进行纳米加工过程中的阈值现象研究

我们发现利用ＳＴＭ在石墨表面制备的纳米结构的特征与隧道结静态电阻有较为明确的关联性，很可能分别对应于隧道结在高场强下的场电子发射现象和电击穿现象，此外，纳米结构的几何特征与材料表面局域的电子输运特性亦有密切联系。     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

外电场下STM钨针尖电子结构的理论研究

采用离散变分局域密度泛函方法，研究了外电场对钨(111)面针尖电子结构的影响.详细计算和分析了在不同偏压和距离条件下，钨针尖的隧道激活轨道和电荷分布.研究结果表明：隧道激活轨道中针尖原子的成分对外偏压的极性、大小以及针尖与样品之间的距离都较敏感.与过去理论计算结果不同，钨针尖原子的5d_z²轨道对隧道激活轨道有一定贡献，但并不是最主要的.在加正偏压时对隧道激活轨道贡献最大的为5d_xz和5d_yz轨道，而在加负偏压时则为包括 关键词：     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

碳纳米管与有机小分子官能团相互作用的分子动力学研究

利用Material Studio软件先对不同半径的碳纳米管进行结构优化,再对优化后的纳米管进行分子动力学模拟。得到如下结论：经过优化后小半径纳米管结构基本不变,但是随着半径增大纳米管形变越来越明显。同时通过对多根管簇研究后发现也有相似动力学特性。在以上纳米管结构外面加上一定密度随机排列的对苯二甲酸二辛酯（DOTP）有机分子,发现DOTP有机分子与不同结构、不同半径的纳米管之间都存在相互作用,纳米管半径越大相互作用力也越大,同时DOTP分子在纳米管周围排列也逐渐从无序趋于有序。通过计算以上结构的径向分布函数（RDF）等热力学特性,定性和定量地验证了以上结果。     

单壁碳纳米管轴向压缩变形的研究

采用Tersoff-Brenner势函数描述碳纳米管中碳原子间的相互作用，通过分子动力学方法对不同螺旋型的单壁碳纳米管的轴向压缩变形行为进行了研究.研究发现单臂碳纳米管的杨氏模量低于锯齿形碳纳米管，根据微观结构特征的差异对这一结果进行了分析.同时从能量和结构变化两方面对碳纳米管受压失稳进行了分析，揭示出碳纳米管失稳的微观特征. 关键词： 纳米管 分子动力学 杨氏模量 屈曲     

碳、碳氮和硼碳氮纳米管场发射性能的比较研究

采用高温热解法在860℃分别制备出了碳、碳氮和硼碳氮纳米管，提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜，并测试了它们的场发射性能.结果表明：碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管薄膜的开启电场分别为2.22，1.1和4.4V/μm，当电场增加到5.7V/μm时，它们的电流密度分别达到1400，3000μA/cm²和小于50μA/cm².碳和碳氮纳米管薄膜的场增强因子分别为10062和11521.可见，碳氮纳米管的场发射性能优于碳纳米管，而硼碳氮纳米管的场发射性能比前两者要差.解释了这三种纳米管场发射性能差别的原因. 关键词： 碳纳米管 碳氮纳米管 硼碳氮纳米管 场发射