氫化和氟化石墨烯材料的第一性原理研究.pdf

1、石墨烯是材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理領(lǐng)域里應(yīng)用價(jià)值非常廣泛的一種材料,這種二維材料展示了獨(dú)特的晶格和電子性質(zhì),它由單層碳原子緊密堆積而成,是其它碳質(zhì)材料,如納米管(一維)、富勒烯(零維)、石墨(三維)的基本組成單位。石墨烯在儲(chǔ)氫、傳感器、復(fù)合材料、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。隨著有關(guān)原理及模型計(jì)算方法的迅速發(fā)展,以密度泛函理論為基礎(chǔ)的第一性原理在凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本論文對(duì)不同大小的石墨烯超胞以及吸附原子后的性質(zhì)進(jìn)行

2、了第一性原理研究。
　　第一部分主要介紹了石墨烯于2004年,由A.K.Geim等人采用撕膠帶方法發(fā)現(xiàn),及石墨烯具有導(dǎo)電性高、遷移率高、高的機(jī)械強(qiáng)度、便于修飾以及可以大規(guī)模地生產(chǎn)等特性;介紹了石墨烯具有整數(shù)分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng),量子霍耳效應(yīng)等新奇特性;簡(jiǎn)單介紹了石墨烯常見(jiàn)的制備方法,如微機(jī)械分離的方法、化雪氣相沉積的方法、氧化石墨還原的方法等;介紹了石墨烯近期國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及研究石墨烯的目的與意義。
　　第二部分主要介紹了本文采

3、用的第一性原里計(jì)算方法的具體內(nèi)容,即多粒子系統(tǒng)非相對(duì)論形式的哈密頓量的表達(dá)形式及電字有效勢(shì)方程;介紹了不考慮相對(duì)論效應(yīng)的非相對(duì)論斤似;將電子的運(yùn)動(dòng)同原子荷的運(yùn)動(dòng)各自單獨(dú)來(lái)考慮的決熱近似;將電子與電子之間的庫(kù)侖作用進(jìn)行平均的單電子近似;介紹了密度泛函相關(guān)理論的概念,即用求解電字總密度問(wèn)題代替求解薛定諤方程;介紹了Hohenberg-Kohn定理及Kohn-Sham方程;介紹了利用密度泛函理論來(lái)處理交換關(guān)聯(lián)項(xiàng)的兩個(gè)方法,即局域密度近似與廣義

4、梯度近似。
　　第三部分主要介紹使用LDA方法,GGA方法分別計(jì)算了2個(gè)碳原子(單胞)、8個(gè)碳原子、32個(gè)碳原子的純石墨烯的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì),計(jì)算的C-C鍵長(zhǎng)為1.41,由石墨希的總態(tài)米度圖與能代圖可知,在特殊點(diǎn)處存在著一個(gè)狄拉克點(diǎn),引起石墨烯為零帶隙半導(dǎo)體材料;以及使用LDA方法,GGA方法分別計(jì)算了石墨烯按C:H比例分別為1:1、2:1、4:1、8:1、16:1吸附H時(shí),氫化石墨希的結(jié)構(gòu)及性質(zhì),發(fā)現(xiàn)石墨希吸附H原子后,吸附氫原子的

5、碳原子有了起伏,C-C鍵長(zhǎng)變長(zhǎng),C-H鍵長(zhǎng)約為1.1,石墨希兩側(cè)各吸附一個(gè)H原子時(shí)沒(méi)有磁性,并且發(fā)現(xiàn)C:H的值越大,氫化石墨希的帶隙越大, C:H的值越小,氫化石墨烯的帶隙越小。
　　第四部分主要介紹使用LDA方法計(jì)算了石墨烯按C:F比例分別為1:1、2:1、4:1、8:1、16:1吸附F時(shí),氟化石墨烯的結(jié)構(gòu)及性質(zhì),發(fā)現(xiàn)石墨烯吸附F原子后,吸附氟原子的碳原子有了起伏,C-C鍵長(zhǎng)變長(zhǎng),C-F鍵長(zhǎng)約為1.4,石墨希兩側(cè)各吸附一個(gè)F原子