石墨烯的電場(chǎng)效應(yīng)及不同濃度的氫吸咐研究.pdf

1、自2004年在實(shí)驗(yàn)中成功制備出石墨烯以來(lái)，由于其具有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此在復(fù)合材料、電子元件和晶體管、傳感器、太陽(yáng)能電池、吸附劑等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。
　　石墨烯是碳原子以六邊形形式排列的超薄片狀納米材料，其厚度僅有碳原子大小，是到現(xiàn)階段為止世界上已知的最薄、最堅(jiān)硬的物質(zhì)，它接近全透明，且電阻率與其他材料相比較低，電子遷移速度也相對(duì)較快。本文主要是利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法的CASTEP軟件包，采用模守恒贗

2、勢(shì)和超胞模型，系統(tǒng)地研究石墨烯納米帶的電場(chǎng)效應(yīng)以及石墨烯吸附不同濃度的氫原子的色散曲線和聲子振動(dòng)譜。具體完成的工作如下:
　　首先，利用第一性原理計(jì)算含有三個(gè)或四個(gè)Z型碳鏈的超窄石墨烯納米帶的電場(chǎng)效應(yīng)，其導(dǎo)電機(jī)制隨所加的垂直電場(chǎng)的改變而變化。在電場(chǎng)效應(yīng)下，超窄石墨烯納米帶的最高價(jià)帶與寬型石墨烯納米帶類(lèi)似，而最低導(dǎo)帶卻有兩種情況:自旋退化和自旋劈裂，這兩種最低導(dǎo)帶在量子空間是獨(dú)立的。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，導(dǎo)電機(jī)制由最低導(dǎo)帶的自旋退化轉(zhuǎn)

3、化成自旋劈裂。利用LDA和GGA泛函可以得到相同的理論結(jié)果，在實(shí)際計(jì)算中LDA和GGA通常都低估帶隙，而利用GGA計(jì)算得到的帶隙比LDA大。
　　其次，利用密度泛函微擾理論計(jì)算不同氫原子覆蓋度下石墨烯的聲子色散曲線和聲子振動(dòng)譜。根據(jù)聲子色散曲線以及聲子態(tài)密度的特征頻率可以識(shí)別氫原子的覆蓋度。由氫原子的化學(xué)性質(zhì)可知，氫原子在石墨烯上最穩(wěn)定的吸附位是碳原子正上方，即頂位。隨著氫原子覆蓋度的降低，高頻特征頻率值逐漸增大，振動(dòng)強(qiáng)度逐漸減小

4、，最后趨于無(wú)限大石墨烯吸附單個(gè)氫原子的情形。當(dāng)覆蓋度為50％時(shí)，由于氫原子間的相互作用強(qiáng)，使石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生大的形變，破壞了原有對(duì)稱(chēng)性，改變了石墨烯的本征振動(dòng)模式，出現(xiàn)了兩支高頻特征振動(dòng)頻率，這是超高覆蓋度的特征。當(dāng)覆蓋度降低時(shí)，石墨烯自身結(jié)構(gòu)沒(méi)有大的形變，本征對(duì)稱(chēng)性基本保持不變，于是雙特征頻率恢復(fù)簡(jiǎn)并，雙特征峰變成單特征峰。這一理論預(yù)言可以幫助指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中對(duì)石墨烯上氫原子覆蓋度的測(cè)量和表征。
　　最后，在附錄部分我們基于第一性