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1、学校代码：10270分类号：O469学号：152200690硕士学位论文碳纳米管的能带调控的第一性原理研究学院：数理学院专业：凝聚态物理研究方向：计算凝聚态物理研究生姓名：张晓雷指导教师：叶翔（研究员）、陈效双（研究员）完成日期:2018年6月上海师范大学硕士学位论文摘要摘要针对碳纳米管的物理性质及其能带调控，本论文利用了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了碳纳米管在不同调控手段下的物理性质的变化，为今后碳纳米管的实际应用提供了理论依据，主要研究内容和结果如下：（一）利用管与管的相互作用对碳管的能带调控，分别研究了两根金属类型手性分别为（3,3）
2、、（5,5）、（7,7），及两根半导体类型手性为（8,0）、（10,0）的碳管。结果表明，两根半导体类型的碳管的距离接近到一定值以后，会转变为金属类型的碳管；另外，两根金属类型的碳管的距离接近到一定值以后，会转变为半导体类型的碳管。（二）利用电场、应变以及同时施加电场和应变对碳管进行调制，研究对象是手性为（8,0）和（10,0）的半导体类型的碳管。外加电场的结果表明：第一，当电场到达临界点以前，带隙几乎不变，到临界点1.1V/Å附近，带隙骤降，在临界点，碳管会发生金属-半导体转变，过了临界点，碳管的形状会稍微变扁；第二，两根管相对单根管更容易发生金属-半
3、导体转变；第三，直径小的碳管相对直径大的碳管更容易发生金属-半导体转变。施加应变的结果表明，当压变达到4%时，手性为（8,0）的碳管的能带带隙会达到极大值，而且可以将半导体类型的碳管的带隙进行调节，也可以将半导体类型的碳管调制为金属类型的碳管。还发现手性为(8,0)和(10,0)的半导体类型的碳管对应变的响应是相反的。同时外加电场和应变的结果表明，外加电场和力场使金属-半导体转变的应变临界值和电场临界值均有降低的趋势，另外发现力场对碳管能带的调控力度比电场大。（三）利用分子修饰对碳管进行调制，研究对象为手性为（8,0）、（10,0）的半导体类型的碳管和手
4、性为（6,6）的金属类型的碳管，选用分子为叠氮基二氯三嗪分子，选用原因是吸附方式是共价吸附，并且不破坏碳管的sp2结构。结果表明，当叠氮基二氯三嗪分子吸附在手性为（8,0）的半导体类型的碳管后，体系的能带带隙会根据吸附位置相对原始碳管的会变大或者变小；而吸附在手性为（6,6）的金属类型的碳管后，体系会根据吸附位置转变为半导体类型的碳管或者其金属性会减弱。另外发现体系的费米能级和吸收系数随吸附浓度的增大而变大。最后发现叠氮基二氯三嗪分子吸附在手性为（n,0）的碳管上，吸附在与管轴成60°角的两个碳原子之间的桥位相对稳定，而吸附在手性为（n,n）的碳管上，吸
5、附在与管轴垂直的两个碳原子之间的桥位相对稳定。关键词：碳纳米管；管与管相互作用；多场；分子修饰；叠氮基二氯三嗪分子1ShanghaiNormalUniversityMasterofPhilosophyAbstractAbstractInthisessay,weusefirstprinciplecalculationmethodbasedondensityfunctionaltheorytostudythecarbonnanotube(cnt)’selectronicpropertiessuchasbandstructureandbandgap.Weuse
6、differentmethodstotunethebandgapofthecarbonnanotubes.Wehopethatourworkcanhelpdeveloptheapplicationofinfrareddetectorsandsolvetheproblemofimpurityinthesynthesisofcarbonnanotubes.Ourworkisinthefollowing.1.Weutilizetheinteractionbetweentwocarbonnanotubestomodulatethebandstructureand
7、tunebandgapofcarbonnanotubes.Wecalculatethemetallic(3,3),(5,5),(7,7)carbonnanotubesandsemiconducting(8,0),(10,0)carbonnanotubes.Ourresultsshowthatwithinspecificdistance,twometalliccarbonnanotubescanbesemiconductingandtwosemiconductingcarbonnanotubescanbemetallic.Besides,wecantune
8、thebandgapoftwocarbonnanotubesbymodulati
