直径、手性和电荷对单壁碳纳米管稳定性的影响

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1、学位论文独创性声明本人郑重声明：1、坚持以“求实、创新’’的科学精神从事研究工作。2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。学位作者签名：2蔓l!l：趣日期：·工。I2．f．2毕学位论文使用授权声明本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允

2、许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位作者签名：!歪【!j：基日期：兰!!呈：墨垒生TI指导教师签名：日期：筮衅献一必挚一目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯iiAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ii第一章引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1参考文献⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3第二章自洽的密度泛函紧束缚方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42．1紧束缚近似⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42．1．1紧束缚近似LCA0法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯．．42．1．2紧束缚原子势模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．52．2密度泛函理论(DFT)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．2．1Hohenberg—Kohn定理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．2．2Kohn—Sham方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72．3自洽的密度泛函紧束缚方法(SCC—DFTB)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．102．4SCC—DFTB+分子间作用的修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13第三章碳纳米管的基本结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．14参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18第四章单壁碳纳米管的稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯．．194．1直径对单壁碳纳米管稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．194．1．1极小直径单壁碳纳米管的稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．204．1．2锯齿形单壁碳纳米管稳定性与直径的关系⋯⋯⋯⋯⋯．．234．2手性对单壁碳纳米管稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．264．2．1直径为O．55nm的单壁碳纳米管的手性与其稳定性的关系⋯．．264．2．2直径为0．8nm的单壁碳纳米管的手性与其稳定性的关系⋯．．284．3电荷对单壁碳纳米管(4，4)管稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34第五章主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36致谢⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37摘要本论文采用自洽的密度泛函紧束缚方法(SCC—DFTB+)研究了直径、手性以及电荷这三种因素对单壁碳纳米管稳定性的影响。在计算中，将单壁碳纳米管用圆弧法将其展开为石墨片，采用SCC—DFTB+计算了其初态、末态以及七个中间构象的静态单点能，以此确定碳管展开为石墨片过程中的能量路径和能量势垒。首先研究了单壁碳纳米管直径对其稳定性的影响。计算表明，直径为0．24nm的单壁碳纳米管(3，0)管是不能独立存在的；而直径在0．27nm—O．32nm间的单壁碳纳米管，它们少部分可以以碳管存在，这为亚稳态单壁碳纳米管。对于锯齿形单壁碳纳米管(n，0)(n=3—24)

6、，随着其直径的增加，管的稳定性逐渐增强。其次探讨了同一直径下手性与单壁碳纳米管稳定性的关系。选取直径为0．55nm和0．80咖的两组小直径单壁碳纳米管为研究对象，通过计算发现：同一直径下的单壁碳纳米管，螺旋角越大，单壁碳纳米管越稳定。最后探讨了电荷对周期性(4，4)管稳定性的影响。当管带少量电荷(虿<一O．06e／at伽)时，碳管能量降低，稳定性增强；当管所带电荷继续增加时，能量逐渐升高，碳管稳定性降低；当电荷量增加至虿>一0．19e／atom，碳管将不能稳定存在。电荷在管上的分布情况为：起初，电荷均匀分布在(4，4)管上，随着管展开角度的增加，电荷逐渐往其断裂的边缘集中。关键词：单壁碳

7、纳米管石墨片自洽的密度泛函紧束缚方法稳定性Abs缸IactAbstrac七SCC．DFTB+memodswereusedtoinvestigatetllesta：bilityofsin西e-waLlledcarbonnanotubes．Ino耐ertostudVtheinauenceofthe碰ticalradius，di锄eter，chi翻ityandplusingchargeonmestabilityofsin百e—walled