论文部分内容阅读
单壁碳纳米管由于其具有独特的物理化学性质,而受到国内外研究者的广泛关注。而设计非传统纳米管并对他们进行表面修饰可以得到全新的纳米管性质,使其具有更加广泛的用途。在本论文按照能量最低原理设计出比传统纳米管性质更为优越的3/8型单壁纳米管,并采用以第一性原理为基础的密度泛函理论(DFT)方法对相关的被K和Br原子吸附的单壁纳米管和单壁纳米双管进行优化并对吸附能和导电性能进行了计算。应用VASP软件包,采用GGA和PAW对他们进行计算,具体如下：1、对各种几何构型的优化,以最低能量为判据,设计出结合能比传统纳米管更低的纳米管,它是由24个碳原子分别通过彼此分隔的3元环和8元环连接,形成具有Oh对称性的笼为晶胞,无限延伸形成的。在此基础上,通过两纳米管平行相联,得到更为稳定的双管单壁纳米管。2、对上述3/8型单管单壁纳米管在不同不等价位点与Br原子形成的复合物的几何构型优化,系统计算了Br在的桥位、顶位和穴位的吸附能。通过分析和比较结合能,发现Br原子在3/8碳纳米单管的稳定吸附位点是face4+6,其吸附能最低(-2.27eV)。同时,Br的存在可以增强碳纳米管的导电性能。3、进一步考查了吸附不同数量的Br原子,对3/8单壁碳纳米管性质的影响。发现对应的碳纳米管不同的吸附原子数所得到的平均吸附能是不一样的,在face4+6位点吸附3个Br原子的热力学稳定性和导电性能更好,同时其对应的态密度图也有明显差异。与经过K修饰的3/8单壁碳纳米管相比较,吸附了Br原子的3/8单壁碳纳米管的热力学稳定性和导电性能都有所提高。4、对双管型纳米管进行类似Br原子吸附的研究,发现top6是双管表面最为稳定的Br吸附位点。对不同数量的Br原子吸附在纳米管以后的几何构型进行了优化并对它的热力学稳定性能进行了研究,发现吸附2个Br原子以后的纳米管是最为稳定的结构。根据态密度(DOS)图,分析了被Br修饰的双管纳米管的导电性能,也发现被Br吸附的双管碳纳米管的导电性能显著提高。5、研究了K原子在双管型纳米管表面的吸附行,发现brl是K原子在双管表面最为稳定的吸附位点。对不同数量的K原子吸附在该型纳米管以后的几何构型进行了优化并对它的热力学稳定性能进行了研究,通过对比吸附能可知,吸附1个K原子以后的纳米管是最为稳定的结构。根据态密度(DOS)图,分析研究了被K修饰的双管纳米管的导电性能,结果表明,由于K的存在,吸附K后的双管碳纳米管的导电性能也显著提高。