石墨烯納米帶能帶結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、碳元素是構(gòu)成生命物質(zhì)的基礎(chǔ)元素，無(wú)論是在生命有機(jī)體中，還是在發(fā)展迅速的有機(jī)化學(xué)中，碳元素憑借特殊的化學(xué)性質(zhì)，稱為合成材料的重要支架。過(guò)去幾十年中，發(fā)現(xiàn)了許多種碳材料，如富勒烯、碳納米管，奇異的物理化學(xué)性質(zhì)吸引了人們的目光，對(duì)其性質(zhì)的研究也大大促進(jìn)了凝聚態(tài)物理的發(fā)展。2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)，掀起了一輪對(duì)于石墨烯及其衍生材料的研究熱潮。
　　石墨烯有優(yōu)越的性能，但除了材料本身，其各種衍生物也吸引了人們的興趣，石墨烯能隙為零，如運(yùn)用在現(xiàn)

2、代電子工業(yè)會(huì)受一定限制，設(shè)想如把石墨烯沿特定方向剪切，摻雜，生長(zhǎng)石墨烯與基底的相互作用，可能會(huì)打開(kāi)能帶，也會(huì)產(chǎn)生許多不同于石墨烯的性質(zhì)。本文利用DFTB+軟件對(duì)石墨烯納米帶（GNRs）兩種構(gòu)型做了計(jì)算，得到了能隙隨帶寬變化的關(guān)系，并以扶手椅型石墨烯納米帶（AGNRs）為例分析了計(jì)算結(jié)果與DFT，緊束縛近似計(jì)算結(jié)果的差異。
　　本文首先介紹了碳基材料概述，石墨烯的結(jié)構(gòu)，研究背景，簡(jiǎn)要的介紹了幾種特殊的性質(zhì)。
　　第二章介紹了沿

3、不同方向切割石墨烯引起的不同構(gòu)型的石墨烯納米帶（graphene nanoribbons,GNRs）的結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)要介紹了制備方法。
　　第三章介紹了本文要用到的基礎(chǔ)理論知識(shí)，如絕熱近似，密度泛函理論簡(jiǎn)介，緊束縛近似基本原理，和本次要用到的DFTB計(jì)算方法及計(jì)算軟件。
　　第四章以兩種構(gòu)型石墨烯納米帶為研究對(duì)象分別計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩種構(gòu)型石墨烯納米帶有不同能帶結(jié)構(gòu)，以帶寬為參變量，從 n=6～14，鋸齒形石墨烯納米帶能隙為0，在3π

4、/4～π價(jià)帶和導(dǎo)帶重合成一條近乎平的帶。這與之前用緊束縛得出的結(jié)果相一致，卻與用DFT理論得出的半導(dǎo)體結(jié)論不一致。對(duì)于扶手椅型石墨烯納米帶，計(jì)算表明AGNRs的帶隙隨帶寬的增加按震蕩遞減，呈現(xiàn)出三種不同的變化規(guī)律，n=6、7、8為一組，9、10、11為一組，12、13、14為一組，當(dāng)n=3p，3p+1,3p+2（p為整數(shù)），能隙大小(此處公式省略)，均為直接帶隙半導(dǎo)體。n=3p+1略大于3p的能級(jí)，差別約40meV-50meV,隨著帶寬