石墨烯結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控理論研究.pdf

1、石墨烯自2004年被成功制備以來,因其獨特的二維單原子層結(jié)構(gòu),優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等特性,引起了人們極大的研究興趣,特別是在電子學(xué)領(lǐng)域的巨大潛在應(yīng)用,使得石墨烯納米結(jié)構(gòu)的研究成為了目前凝聚態(tài)物理和材料研究領(lǐng)域最熱門的課題之一。本論文運用理論計算方法,從石墨烯結(jié)構(gòu)改性、摻雜調(diào)制入手,系統(tǒng)地研究了石墨烯納米結(jié)構(gòu)中孔缺陷的形成機制及缺陷結(jié)構(gòu)對石墨烯吸附性能和電子輸運行為的影響、空位石墨烯及其納米結(jié)構(gòu)的氣體傳感特性以及摻雜對石墨烯及其納

2、米條帶電子結(jié)構(gòu)和電子輸運性質(zhì)的調(diào)控機制。全文共分七章。
　　第一章,介紹石墨烯的發(fā)現(xiàn)、制備、性質(zhì)及其潛在的應(yīng)用。
　　第二章,簡單介紹了本論文中所采用的主要數(shù)值模擬方法:分子動力學(xué)方法、第一性原理計算方法以及結(jié)合非平衡態(tài)格林函數(shù)理論的電子輸運方法。
　　第三章,利用分子動力學(xué)方法模擬了高能氬原子對懸浮石墨烯的轟擊,探討了通過高能粒子轟擊在石墨烯中引入缺陷和形成孔結(jié)構(gòu)的可能性,并研究了孔結(jié)構(gòu)石墨烯及其納米條帶對硅團簇的吸

3、附。運用第一性原理方法計算了缺陷和孔對石墨烯納米帶電學(xué)性質(zhì)的影響,工作圍繞孔的大小、形狀以及孔邊界吸附物對石墨烯納米帶輸運性質(zhì)的影響展開。
　　第四章,研究了石墨烯條帶在氣體傳感器方面的可能應(yīng)用。通過對兩種類嘌呤結(jié)構(gòu)氮空位鋸齒型石墨烯條帶(ZGNRs)吸附氣體分子后電輸運性質(zhì)的研究,發(fā)現(xiàn)氮空位ZGNRs比完美ZGNRs對氣體分子更加敏感,ZGNRs中氮空位的引入使之更適合作為氣體分子傳感器。
　　第五章,利用第一性原理方法研

4、究了δ氮摻雜對扶手椅型石墨烯納米條帶(AGNRs)的電子結(jié)構(gòu)及能帶特性。研究表明石墨烯的零帶隙在氮摻雜率超過一定值時被打開。對于半導(dǎo)體性的AGNRs,δ氮摻雜后其帶隙將顯著的減小;且經(jīng)δ氮摻雜調(diào)制后,某些類型石墨烯納米條帶將由直接帶隙變?yōu)殚g接帶隙。研究結(jié)果表明,可采用δ氮摻雜調(diào)制石墨烯的電子結(jié)構(gòu),這將為新型納電子器件的應(yīng)用提供一種新思路。
　　第六章,利用結(jié)合第一性原理與非平衡格林函數(shù)方法的ATK軟件包計算了δ氮摻雜AGNRs的電