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文檔簡介
1、繼Kroto等于1985年在激光濺射石墨時(shí)發(fā)現(xiàn)了C<,60>富勒烯和日本的Iijima在1991年成功合成碳納米管之后,半導(dǎo)體納米團(tuán)簇成為團(tuán)簇科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),尤其以碳、硅、硼為基的半導(dǎo)體團(tuán)簇,在電子學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、熱學(xué)以及生物學(xué)等方面表現(xiàn)出許多新奇的現(xiàn)象,為科學(xué)、工程和技術(shù)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。 隨著現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,越來越多的半導(dǎo)體納米簇被成功研制出來,但無法從實(shí)驗(yàn)上獲得這些團(tuán)簇的幾何和電子結(jié)構(gòu)的全面微觀信息,因此理
2、論研究成為獲得團(tuán)簇結(jié)構(gòu)信息最有效的途徑,尤其是基于密度泛函理論的計(jì)算,可以對(duì)中等尺寸的體系得到精確度相當(dāng)高的計(jì)算結(jié)果。目前,團(tuán)簇的理論研究,一方面是針對(duì)小的團(tuán)簇開展基礎(chǔ)性的研究,探索隨著團(tuán)簇尺寸的增大,團(tuán)簇如何從結(jié)構(gòu)和特性上向體材結(jié)構(gòu)演化。另一方面,是對(duì)團(tuán)簇材料的研究,目的在于發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)特殊材料的特殊性質(zhì),從而對(duì)功能材料進(jìn)行理論設(shè)計(jì),推動(dòng)納米團(tuán)簇材料的發(fā)展。 基于以上兩點(diǎn),本文利用密度泛函理論方法,對(duì)一系列碳、硅、硼為基的混合半
3、導(dǎo)體團(tuán)簇,按照“由小到大逐級(jí)生長”的方法,從理論上設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)了它們的幾何和電子結(jié)構(gòu),尋找了這些團(tuán)簇的基本結(jié)構(gòu)單元、成鍵規(guī)則和生長機(jī)制。同時(shí),對(duì)于B和AJ原子摻雜的碳納米管團(tuán)簇材料,在原子和分子水平上研究了它們對(duì)若干氣體小分子的氣敏性能,探討了有關(guān)的微觀作用機(jī)理,獲得了控制其氣敏性的關(guān)鍵因素,為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究提供了一定的理論指導(dǎo)。 本文得到的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下: 一、預(yù)測(cè)了碳硅富勒烯存在的可能性,并提出了通過在硅結(jié)構(gòu)中均勻
4、摻雜碳原子來穩(wěn)定硅籠的新方法。 二、較為深入地研究了三元硅氧硫中性團(tuán)簇,發(fā)現(xiàn)了比Krtiger報(bào)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的最低能量構(gòu)象,提出了這類團(tuán)簇的增長規(guī)則,并首次系統(tǒng)地探討了陰陽離子簇的結(jié)構(gòu)增長模式,發(fā)現(xiàn)用六元環(huán)和四元環(huán)作為基本建筑單元去構(gòu)建連接無機(jī)相和有機(jī)相的新的雜化納米材料或更大的簇是可能的。 三、首次提出了富硼硼碳簇材料B<,n>C(n=1-7)和B<,n>C<,2>(n=1-6)的基態(tài)結(jié)構(gòu)和增長規(guī)則。通過計(jì)算,發(fā)現(xiàn)
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