本文關鍵詞：石墨二炔電子特性調(diào)控及性能的理論研究

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【摘要】：石墨二炔作為一種新的碳的同素異形體,具有豐富的碳化學鍵、優(yōu)良的穩(wěn)定性以及光電性能。自從2010年γ相石墨二炔被成功合成后,科研人員對其光電、儲能和催化等性能做了大量研究工作,但關于石墨二炔電子特性調(diào)控以及相關性能的研究較少。為了使石墨二炔在電子器件領域的應用更廣,通過摻雜以及電場來調(diào)控石墨二炔的電子特性顯得十分重要。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,研究了B摻雜、N摻雜以及B、N共摻雜對γ相、β相、α相石墨二炔光電性能的影響,并分析了電場對本征以及摻雜石墨二炔電子性能的調(diào)控作用,主要研究結論如下：1、對于三種石墨二炔,B更易替代sp2雜化的C原子摻雜在1#位,N更易替代sp雜化的C原子摻雜在2#位。N的雜質(zhì)形成能均小于B,說明石墨二炔更易形成n型半導化摻雜。隨著B、N摻雜濃度的提高,體系的雜質(zhì)形成能逐漸增大,穩(wěn)定性逐漸降低。對于γ相、β相石墨二炔,隨著B、N摻雜濃度的提高,體系由非簡并逐漸轉變?yōu)楹啿雽w,帶隙逐漸減��；B、N共摻更易形成臨位摻雜的形式,摻雜后根據(jù)摻雜位的不同帶隙增大或者減小。對于a相石墨二炔,不同類型摻雜后體系均產(chǎn)生了一定的帶隙,改善了零帶隙的狀況。B、N摻雜均可以使丫相、p相石墨二炔的光吸收邊紅移,摻雜濃度提高后吸收邊的紅移現(xiàn)象有所減弱,B、N共摻雜可以使光吸收邊紅移或者藍移。對于α相石墨二炔,不同類型摻雜后體系的光吸收邊均會產(chǎn)生紅移。2、電場能夠有效調(diào)控三種石墨二炔的帶隙,隨著電場強度的增大,γ相、p相石墨二炔的帶隙呈遞減趨勢,D相石墨二炔帶隙減小較快,帶隙減小的原因是電場破壞了體系的靜電勢,電荷重新分布,產(chǎn)生了巨斯塔克效應。a相石墨二炔則在電場作用下由零帶隙轉變?yōu)橹苯訋栋雽w,帶隙呈遞增趨勢。3、隨著不同方向電場強度的增大,摻雜石墨二炔體系并未出現(xiàn)統(tǒng)一的帶隙變化趨勢,電場方向強烈影響體系的電子性能。電場作用下B、N共摻雜石墨二炔帶隙的變化趨勢和本征石墨二炔類似,隨著不同方向電場強度的增大,B、N共摻雜1γ相、p相石墨二炔的帶隙呈現(xiàn)遞減趨勢,B、N共摻雜α相石墨二炔的帶隙遞增或者緩慢遞減。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71

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本文編號：1244012