基于石墨烯碳納米結構的非線性光學性質理論研究.pdf

1、由于其卓越的熱學、機械、光學、及電學性質，基于石墨烯的碳納米材料一直以來都吸引著實驗和理論工作者的強烈研究興趣。非線性光學材料在光子學及光電子學領域具有重要的應用價值，因此對具有不同性質非線性光學分子的研究是新型非線性光學材料設計與合成中的重要基礎?？紤]到實驗上在縱向撕裂碳納米管制取石墨烯納米帶中所取得的成功，及有機π共軛體系在非線性光學領域中所起到的重要作用，本文從量子化學角度出發(fā)，對有限尺寸石墨烯片卷曲形成碳納米管過程中中間體結構的

2、電子結構及非線性光學響應進行了密度泛函理論研究。
　　其中包括從有限尺寸石墨烯片(C72H24)出發(fā)，通過不同的卷曲方式分別得到金屬性(3,3)和(6,0)碳納米管的過程，及從有限尺寸石墨烯片(C128H32)出發(fā)，分別得到金屬性(4,4)和半導體性(8,0)碳納米管的卷曲過程。研究表明，對卷曲過程中中間體結構電子態(tài)起決定性作用的因素為有限尺寸石墨烯片中鋸齒狀邊緣所存在的局域邊緣態(tài)。對中間體結構開口處的氧鈍化可以有效提高體系非線性

3、光學響應，但只有對鋸齒狀開口進行氧鈍化，才能從本質上改變對非線性光學響應做主要貢獻的電子躍遷。另外，為了對卷曲過程有更加全面的認識，本文還詳細討論了不同卷曲過程中前線分子軌道的變化與所形成碳納米管性質之間的聯(lián)系、不同卷曲過程中能隙的變化、及有限尺寸石墨烯片基態(tài)電子態(tài)對尺寸的依賴。
　　考慮到鋸齒狀邊緣對卷曲過程中中間體結構電子態(tài)所起到的重要作用，本文對鋸齒型石墨烯納米帶的鋸齒狀邊緣進行了硼氮摻雜，加深對鋸齒狀邊緣所存在局域邊緣態(tài)的

4、認識。結果表明，硼氮對鋸齒型石墨烯納米帶鋸齒狀邊緣的摻雜會擾亂其電子分布，從而改變其幾何及電子結構。而對體系非線性光學響應的計算結果則指出，硼或氮對鋸齒型石墨烯納米帶的單獨摻雜均可使體系非線性光學響應得到提高，但是兩者共同摻雜對進一步提高體系的非線性光學響應是不利的。
　　本文對縱向撕裂碳納米管制取石墨烯納米帶的實驗過程進行了量子化學研究，從微觀角度找出了決定該過程中中間體結構電子態(tài)的主要因素，闡明了結構與性質之間的關系。在此基礎