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1、西安建筑科技大学硕士学位论文ZnO纳米管的第一性原理研究专业：材料物理与化学硕士生：雷哲锋指导教师：王发展 教授摘要氧化锌(ZnO)是一种特殊的金属氧化物，具有较宽的带隙(3.37eV)和较大激子结合能(60meV)，并具有良好的近紫外散射、透明传导性能、压电性能、生物适应性等,将成为人类最重要的功能材料之一。近年来相关理论和数值算法的飞速发展,使得基于密度泛函理论的第一性原理方法在凝聚态物理、量子化学和材料科学中得到非常广泛的应用。本论文应用MaterialsStudio5.5第一性原理软件的Castep模块以及Gulp模块,研究了ZnO纳米管的电子
2、结构、发光性能的掺杂机理以及P-型掺杂改性等,主要工作如下：l、采用基于密度泛函理论(Densityfunctionaltheory)的计算方法,研究了n=4,6,9的锯齿型(n,0)ZnO单壁纳米管的电子结构,结果表明：锯齿型ZnO单壁纳米管是一种直接宽禁带半导体,其能隙随着横截面的增大而小量增大,并分析了锯齿型单壁纳米管的核外电子分布图;2、采用热蒸发法制备得到掺Cd含量为3.3at%的ZnO纳米管,室温光致发光谱(PL)显示,由于Cd的掺入,ZnCdO纳米管的紫外近带边发射(UVNBE)从纯ZnO的3.26eV红移到3.20eV附近。应用基于密度泛
3、函理论的计算方法,研究了锯齿型（9,0）ZnMO(M=Cd,Mg)单壁纳米管的电子结构。分析发现Cd掺杂ZnO纳米管能隙值的计算结果与实验结果拟合良好,能隙值随着掺杂量增加逐渐减小,出现红移;而Mg掺杂纳米管则不同,能带变化没有规律性;3、研究了ZnO纳米管的P-型掺杂改性机理。采用基于密度泛函理论的计算方法,系列的研究了锯齿型（9,0）ZnO单壁纳米管、Li,N分别掺杂以及Li-2N共掺杂的ZnO纳米管的能带结构、总体态密度、分波态密度。分析发现虽然Li原子单独掺杂不会对纳米管能带结构产生明显影响,但是Li-2N共掺杂比N单独掺杂ZnO纳米管的结构更加
4、稳定,而且是p型简并半导体。本论文得到下列课题的支持：陕西省自然科学基础研究计划重点项目(编号:2011J2009)关键词：ZnO;第一性原理;纳米管;电子结构;掺杂论文类型：基础研究西安建筑科技大学硕士学位论文First-principlesstudyonZnOnanotubesSpecialty:MaterialsPhysicsandChemistryName:LeiZhe-FengInstructor:Prof.WangFazhanAbstractZincoxideisanespecialkindofmetaloxides,whichhaswide
5、bandgap(3.37eV)andlargeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperature.Furthermore,becauseofthegoodnearlyultravioletscattering,transparentconductionperformance,piezoelectricproperties,biocompatibility,etc.,ZnOwouldbeoneofthemostimportantfunctionmaterials.Forthepastfewyears,withthera
6、piddevelopmentofrelatedtheoryandnumericalalgorithm,theapplicationofFirst-principlesmethodincondensedmatterphysics,quantumchemicalandmaterialssciencebasedonDFT(DensityFunctionalTheory)becamediffusely.ByusingtheCastepmoduleandGulpmoduleofthesoftwarenamedMaterialsStudio5.5,wehavestu
7、diedelectronicstructure,luminouspropertydopingmechanism,P-typedopingofZnOnanotubes.Themainworkisasfollows:l.Theelectronicstructuresofthezigzagsingle-wallZnOnanotubeshavebeencalculatedbyfirst-principlesapproachbasedonthedensityfunctionaltheory.Thecalculatedresultsindicatethatthezi
8、gzagsingle-wallZnOnanotubeisadirectbandg
