氧化鋅納米結(jié)構(gòu)第一性原理研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)作為典型的II-VI族直接帶隙寬的禁帶半導(dǎo)體材料，因其可以通過自組裝形成豐富多樣的納米結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)和壓電功能而備受關(guān)注。近年來，人們已經(jīng)成功合成了系列ZnO納米結(jié)構(gòu)，關(guān)于其結(jié)構(gòu)、形貌和功能特性的實(shí)驗(yàn)和理論研究正在成為化學(xué)、材料、微電子、微機(jī)電、固體物理等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在納米科技領(lǐng)域，ZnO已經(jīng)逐漸成為繼碳納米管之后在未來電子器件系統(tǒng)中極具吸引力的納米材料之一。由于團(tuán)簇等納米材料的物性很難從實(shí)驗(yàn)上直接

2、測量，理論計(jì)算對于認(rèn)識(shí)ZnO納米結(jié)構(gòu)具有重要的學(xué)術(shù)意義。計(jì)算化學(xué)作為一種重要的理論研究方法，對于揭示納米材料的物性提供了重要理論依據(jù)。本論文采用基于第一性原理密度泛函理論的計(jì)算方法，研究了氧化鋅團(tuán)簇基態(tài)構(gòu)型、光學(xué)特性、吸附氧氣特性、鐵離子摻雜的晶體特性等。初步建立了適合ZnO體系及其特性的理論計(jì)算方法，為深入系統(tǒng)開展ZnO抗菌機(jī)理等相關(guān)理論研究奠定了基礎(chǔ)。 采用DFT(密度泛函)的理論和方法，通過。NRLMOL和GAUSS03軟

3、件系統(tǒng)，對ZnO團(tuán)簇結(jié)構(gòu)、構(gòu)型穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于第一性原理的模擬計(jì)算，結(jié)果表明，ZnO團(tuán)簇結(jié)構(gòu)隨著原子數(shù)目的增加，其穩(wěn)定的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)由單環(huán)狀變?yōu)槎喹h(huán)和籠狀。 利用建立的ZnO團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，根據(jù)有限場理論方法，模擬了ZnO團(tuán)簇的非線性光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，ZnO團(tuán)簇的環(huán)結(jié)構(gòu)、團(tuán)簇穩(wěn)定性、電子最低空軌道與最高占據(jù)軌道之間的能量差(HOMO-LUMO Gap)、共價(jià)鍵和離子鍵對于其偶極距、極化率、一階和二階超極化率有顯著影響。