B(N)摻雜單壁碳納米管吸附性能第一性原理研究.pdf

1、隨著碳納米管(CNTs)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(MMCs)研究的深入，利用摻雜、涂敷、電鍍等方法對(duì)CNTs進(jìn)行改性以改善復(fù)合材料界面的研究備受矚目。在本論文中，采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了摻雜硼(B)、氮(N)和硼氮(B，N)共摻雜對(duì)單壁開口的扶手椅型和鋸齒型兩種碳納米管(CNTs)對(duì)金屬鎂(Mg)、鋁(Al)的單原子和原子鏈的吸附的影響，分析了吸附位置、結(jié)合能、電子結(jié)構(gòu)。此外把石墨烯片近似的看為大直徑CNTs的外壁，模擬了其

2、金屬原子吸附和摻雜B(N)的效應(yīng)。 計(jì)算結(jié)果表明金屬豫原子在CNTs外壁表現(xiàn)為極弱吸附，結(jié)合能幾乎為零；金屬Al與CNTs之間有一定的結(jié)合能，但仍屬于弱的化學(xué)吸附，這對(duì)CNTs增強(qiáng)輕金屬M(fèi)g、Al復(fù)合材料不利。摻B、N后，與未摻雜單壁CNTs的金屬原子吸附相比，CNTs的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其中摻B形成電子缺乏區(qū)，摻N形成電子聚集區(qū)。吸辮體系中在Fermi能級(jí)附近的一部分電子由金屬M(fèi)g，Al的外層電子所提供，金屬與有缺陷的CNTs

3、發(fā)生了突出的化學(xué)結(jié)合，摻雜提高了CNTs與金屬的分波態(tài)密度在價(jià)帶和導(dǎo)帶上軌道雜化重合，尤其是摻B顯著提高金屬M(fèi)g、Al原子及其原子鏈的結(jié)合，摻N對(duì)提高金屬原子的吸辮結(jié)合也有一定作用，但在某些情況致使金屬的吸附能下降。金屬在未摻雜和摻雜石墨烯上的吸附比在相應(yīng)的小盥徑CNTs上的吸附更弱。此外，硼氮共摻未能顯著提高金屬原子在CNTs外壁的吸附。 理論計(jì)算表明摻雜有望改善CNTs幫金屬M(fèi)g、Al基體的界面結(jié)合，對(duì)CNTs增強(qiáng)金屬基材料