納米材料壓電性能的第一性原理研究.pdf

1、壓電材料在日常生活、工業(yè)、國防等具有重要價值,廣泛應用于傳感、通訊技術領域。早在20世紀初,沃伊特等人就已經開始對材料的壓電效應進行研究。之后,隨著計算技術的發(fā)展以及納米材料的新興,人們開始通過理論計算以及實驗的方式,對各種納米材料的壓電性能進行微觀分析。這其中包括以石墨烯和BN納米帶為代表的二維納米材料,它們具有良好的物理與化學性質,備受材料領域的青睞。
　　本文在研究MoS2納米帶與BN納米帶壓電性質的同時,也從氫原子摻雜著手

2、,設計了一種氫原子間隔吸附于石墨烯納米帶上的結構,并研究其電極化性質。本論文的主要研究結果如下:
　　基于密度泛函第一性原理,對氫修飾石墨烯納米帶進行結構優(yōu)化和結合能計算,結果表明該結構是穩(wěn)定的。氫原子間隔排列的吸附使得納米帶中的相鄰碳原子成鍵及電荷狀態(tài)不同,導致拉伸時納米帶中六元碳環(huán)的正負電荷中心不再重合,產生宏觀電極化。納米帶寬度越寬,包含六元碳環(huán)數目越多,則拉伸時納米帶長度方向上電偶極矩密度越大,其壓電性能越強。另外,邊緣原

3、子電荷狀態(tài)決定了無拉伸時納米帶的初始電偶極矩密度,其大小可以通過改變邊緣氫原子的修飾模式來有效調控。
　　利用密度泛函第一性原理研究了不同寬度鋸齒形硼氮納米帶與鋸齒形二硫化鉬納米帶的壓電性質。這兩種材料同樣具有壓電性能,且規(guī)律一致。尤其特別的是,較寬寬度的鋸齒型BN納米帶結構在拉伸到一定比例時,電偶極矩密度的值會發(fā)生正負翻轉。另外,鋸齒形MoS2納米帶隨拉伸引起的整體電荷轉移同時發(fā)生在了多個方向上,其沿x方向的電偶極矩密度變化比較