单壁碳纳米管杂化轨道计算

根据轨道杂化理论以及碳纳米管的几何结构,计算了(n,0),(n,n)和(n,m)三种单壁碳纳米管的杂化轨道,给出了杂化轨道s轨道成分和p轨道成分的解析式.对于管径较小的纳米管,锯齿型(n<40),扶手椅型(n<20),手性型(n<30,m相似文献   

自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响

本文考虑自旋轨道耦合作用的情况下,采用紧束缚近似螺旋对称模型计算了单壁碳纳米管的电子能带结构.研究发现:对于Armchair型单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用和弯曲效应共同导致了费米面Dirac点附近电子能带结构的能隙;对于Zigzag型和手性单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用使得电子最高占据态和最低未占据态产生能级劈裂,能级劈裂的大小不但与碳纳米管的直径和手性角密切相关,而且相对于费米面是不对称的;根据指数(n,m)可以将Zigzag型和手性单壁碳纳米管分为金属性碳纳米管(ν=0) 关键词： 单壁碳纳米管 自旋轨道耦合 紧束缚近似螺旋对称模型     

电子束诱导单壁碳纳米管不稳定的新观察

利用透射电镜在室温下对不同形态的单壁碳纳米管进行了原位电子束辐照研究.研究发现:在相同的辐照条件下随着辐照时间(或辐照剂量)的增加,两端固定的单壁碳纳米管径向收缩,且收缩速率越来越快;相同直径的轴向弯曲的单壁碳纳米管比平直的单壁碳纳米管更加不稳定;一端固定另端自由的单壁碳纳米管轴向收缩,但其直径基本不变.利用单壁碳纳米管纳米曲率效应和能量束诱导非热激活效应,对上述单壁碳纳米管不稳定性现象进行了新的、合理的解释.     

[C2MIM]+在碳纳米管中结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论方法,系统研究了1-乙基-3-甲基咪唑离子 ( [C2MIM]+ ) 在三种不同管径的碳纳米管中的稳定结构、相互作用能和分子轨道性质. 研究表明,随着碳纳米管管径的增加,[C2MIM]+在碳纳米管内的稳定结构从居中的位置越发靠近碳纳米管的管壁,其与碳纳米管的结合能也从-45.52 kcal/mol降低到-39.45 kcal/mol. 通过分析[C2MIM]+在不同尺寸碳纳米管中的分子轨道排布,发现研究体系的HOMO轨道和LUMO轨道主要是局域在碳纳米管上,电子跃迁表现为π→π*,表明[C2MIM]+与碳纳米管之间为弱的范德华作用. 本研究为理解离子液体与碳纳米管之间的相互作用提供了重要的理论基础.     

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.     

单壁碳纳米管能带及其电子特性研究

从能带理论出发,采用电子紧束缚能量色散关系,推导锯齿,扶手椅和手性单壁碳纳米管(SWCNT)的电子能带结构表达式,指出单壁碳纳米管或为金属或为半导体的判据。结果表示:单壁碳纳米管的电子结构与其几何结构密切相关,如扶手椅型单壁碳纳米管是金属性的,而对其它类型的单壁碳纳米管是与碳纳米管的手性指数有关,只有手性指数n和m的差别等于3的倍数时,单壁碳纳米管是金属性的,否则会显出有带隙的半导体特性。这意味着单壁碳纳米管是由特殊的电子传输和光学性质,在纳米电子学领域具有巨大的潜在应用价值。     

径向双氮掺杂小口径单壁碳纳米管能带结构压缩应变响应研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法对径向C-C键两端进行双氮原子替位掺杂的小口径锯齿型单壁碳纳米管模型进行能带结构压缩应变响应研究。径向双氮掺杂对锯齿型小口径碳纳米管能带结构产生剧烈的影响,使得能较好保持金属性的(4,0)和(5,0)碳纳米管带隙打开。内禀金属性的(3,0)和(6,0)碳纳米管带隙能够通过氮掺杂和压缩应变对其电子结构产生影响。结果表明,结合径向双氮掺杂及压缩应变两种方式能够有效地对强烈键杂化效应引发的金属小口径锯齿型单壁碳纳米管产生丰富的带隙调制行为。这在碳纳米管基纳机电系统的应用和设计上有潜在的应用价值。     

基于扩展Wannier基函数讨论单壁碳纳米管的能隙

根据单壁碳纳米管(SWCNTs)的几何结构计算了π电子局域波函数。在不等性 杂化方案下,构建扩展的Wannier基函数,在此基下取有效核电荷数Z=2.930,轨道指数 ,计算得到锯齿（9,0）管的能隙值是0.17eV,这一结果与用第一性原理得到的结果非常接近。     

单壁碳纳米管的振动频率

将修正的分子结构力学方法(MMSMM)扩展用来分析单壁碳纳米管的动态特性. 应用MMSMM方法分析了悬臂单壁碳纳米管的振动特性，对计算得到的单壁碳纳米管振动的基频进行了讨论. 发现单壁碳纳米管振动的基频与碳管的直径和长度有关，呈现出一定的尺度依赖性，当管径很小的时候，单壁碳纳米管的振动基频可以达到GHz.并尝试用有限元方法模拟碳管的振动问题. 两种方法得到的结果表明，在常用的原子模拟方法(如分子动力学方法)解决碳纳米管振动问题遇到困难时，通过扩展修正可以简单的处理这类问题，并可以保持很好的精度.     

低温下单壁碳纳米管拉曼光谱温度效应研究

在单壁碳纳米管的低温拉曼光谱测量过程中,发现径向呼吸模(RBM)和正切拉伸模(GM)的拉曼频移在低温下的温度效应和在高温时的温度效应存在着很大的区别,在低温下拉曼光谱的频移和温度并不呈线性关系。而且,在温度为210K时,单壁碳纳米管内部的振动结构可能发生了变化。在低温下单壁碳纳米管拉曼峰的强度的变化是不可逆的。     

基于碳纳米管场效应管构建的纳电子逻辑电路

展示了由碳纳米管场效应管构成的三种逻辑电路，分别为单个p型碳纳米管场效应管的开关电路、由集成在同一片硅片上的单个p型碳纳米管场效应管和单个n型掺氮碳纳米管场效应管构成的互补型反相器，以及两个独立的p型碳纳米管场效应管构成的或非门. 其中p型碳纳米管场效应管以单壁碳纳米管作为沟道，而n型碳纳米管场效应管则以掺氮的多壁碳纳米管作为沟道，器件的源漏电极均为铂电极. 关键词： 碳纳米管 场效应管 逻辑电路     

单壁碳纳米管的SERS研究

本文通过改进实验方法,将单壁碳纳米管的乙醇溶液与金胶混合并制作成固体薄膜,使单壁碳纳米管夹裹在金纳米粒子之间,保证了吸附的紧密性,获得了高质量的单壁碳纳米管SERS光谱。不但观测到文献中报道的径向呼吸振动模(RBM)和C-C正切拉伸模(GM)的增强,还在1100-1500cm-1区域观测到一组新峰,其峰形完整并有相当的强度。这些峰在现有的文献中几乎没有报导。文章对这组新峰的出现进行了初步的分析。     

利用径向呼吸模及其倍频模的共振特性精确测定单壁碳纳米管的电子跃迁能量

提出一个根据拉曼基频模及其倍频模的斯托克斯和反斯托克斯拉曼成分的不同共振行为来探测样品与激光共振的系统能级的方法.此方法被应用到不均匀单壁碳纳米管束样品中某一径向呼吸模频率为219波数的金属型碳纳米管.通过分析呼吸模及其倍频模和切向模的共振行为,获得了该碳纳米管的电子跃迁能量,并获得纳米管C-C最近邻重叠积分因子为2.80 eV.此数值可以很好的解释单壁碳纳米管径向呼吸模的共振行为. 关键词： 单壁碳纳米管 呼吸模 共振拉曼散射 电子跃迁能     

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     

Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究

本文利用密度泛函理论研究了Rh原子在（6,6）单壁碳纳米管内外的吸附行为. 通过对Rh在单壁碳纳米管上不同吸附位的吸附构型与吸附能的研究发现: Rh吸附在管内、外的洞位最稳定, 且管外吸附比在管内强. 这是由于单壁碳纳米管的卷曲效应使得管外电荷密度比管内大造成的. 态密度分析表明, 吸附在管内外的Rh原子的5s电子均转移到了4d轨道上; Rh原子4d轨道上的电子转移到了（6, 6）碳管上, 使Rh带正电, 碳管带负电. 结合能带分析表明, Rh原子吸附在管内磁性较弱, 而吸附在管外较强. 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 Rh原子 吸附     

锯齿型碳纳米管的结构衍生及电子特性

利用密度泛函理论研究锯齿型单、双壁碳纳米管从核到管状团簇直至纳米管的逐层结构衍生.研究结果表明五边形结构在管状团簇生长中发挥关键作用.此外,基于管状团簇的研究,运用周期性边界条件得到锯齿型单、双壁碳纳米管,并通过计算能带和态密度研究其电子特性.对单壁(n,0)和双壁(n,0)@(2n,0)碳纳米管,当n=3q(q为整数)时,具有金属或窄带隙半导体特性;n?=3q时,具有较宽带隙半导体特性,且带隙随管径的增加而减小.然而,小管径碳纳米管受曲率效应的明显影响,n?=3q的(4,0),(4,0)@(8,0)和(5,0)@(10,0)均呈现金属性;n=3q的(6,0)@(12,0)则表现出明显的半导体特性.     

单壁碳纳米管弹性性质的羟基接枝效应

用分子动力学方法研究了端口接枝不同数量羟基对扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管弹性模量的影响.结果表明,未接枝的扶手椅型(5, 5),(10,10)管和锯齿型(9, 0),(18, 0)管杨氏模量分别为948,901和804,860GPa.在接枝2—8个羟基情况下,锯齿型单壁碳纳米管拉伸杨氏模量基本不随接枝数量增加发生变化,而扶手椅单壁碳纳米管则不同,接枝状态下的弹性模量比未接枝状态小很多,但接枝一定数量后,其杨氏模量又略增到某一稳定值.分别从接枝后碳纳米管变形电子密度等值线结构、C—C键长和系统结合能变化规律等方面,对单壁碳纳米管弹性模量的接枝效应进行了分析. 关键词： 碳纳米管 羟基 接枝效应 杨氏模量     

Matlab编程的Hückel分子轨道法计算研究掺杂纳米碳管的化学反应性（英文）

使用Matlab自编简单Hückel分子轨道法(SHMO)计算程序,分析空位、Stone-Wales缺陷位、N和B原子掺杂的CNT(5,5)碳纳米管,计算π电子密度和前线分子轨道(HOMO和LUMO)为研究掺杂相对碳纳米管的化学反应性提供依据.具有不同电特性的掺杂相打破了碳纳米管的π电子、HOMO和LUMO的均衡分布.掺杂相和/或邻近的碳原子为HOMO或LUMO贡献了较其它原子更大的轨道系数,在不同的化学反应中表现出良好的亲核性或亲电性.此外,HOMO-LUMO能量差很好地反映了掺杂纳米碳管的导电性.计算结果与已报道的实验和理论结果吻合良好.     

碳纳米管吸附铜原子的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对铜原子在有限长（5,5）椅型单壁碳纳米管的吸附行为进行了研究.计算结果表明,铜原子吸附在管外壁要比吸附在管内壁能量上更为有利,在管外壁碳原子顶位吸附最佳,属于明显的化学吸附.且用前线轨道理论对其成键特性进行了分析,表明在顶位吸附时主要由铜原子的4s轨道电子与碳纳米管中耦合的σ-π键形成新的σ键.此外还对比计算了两种典型位置电子密度,发现顶位吸附的成键中有更大的电子云重叠.进一步表明在某些情况下铜碳原子可以成键. 关键词： 碳纳米管 铜原子 成键特性     

单壁碳纳米管在石墨基底上运动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单壁碳纳米管在石墨基底上的运动.首先碳纳米管在基底弛豫至平衡状态，然后对其施加一固定外力，撤去外力后，碳纳米管在基底上逐渐减速至停止.为了研究管径、手性角对运动方式的影响，本文选择了C(10,10)，C(10,9)，C(10,8)，C(10,5)，C(10,0)，C(8,8)六种单壁碳纳米管进行模拟.结果表明，碳纳米管在石墨基底上的运动方式由手性角决定，与管径无关.手性角等于30°时，碳纳米管与石墨基底之间为公度结构，碳纳米管的运动出现周期性的滑动和翻滚现象；手性角大于28.3°小于30°时，碳纳米管一边向前滑动一边滚动；手性角小于26.3°时，碳纳米管在基底上滑动.碳纳米管的手性角决定了它与石墨基底接触界面的微观构型，从而决定了碳纳米管的运动方式. 关键词： 分子动力学模拟 碳纳米管 动能 结构公度性