封口型单壁碳纳米管电子结构的密度泛函研究

采用密度泛函(DFT)的B3LYP基组和非平衡格林函数方法对封口型单壁碳纳米管及在碳纳米管外接Au电极的纳米器件的量子结构、密利根电荷分布、电子传输和态密度等特性进行了理论研究.结果发现HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital)和LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)间的能隙Eg=0.973 8 eV,呈现半导体特征;态密度与电子输运谱具有很好的对应关系;电子输运主要集中在能量E＜O.O eV的区域.     

小直径螺旋型单壁碳纳米管电子结构的计算

针对结构参数（m,n）为（4,1）、（4,2）和（5,2）等小直径螺旋型单壁碳纳米管的电子结构,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了上述管的电子能带及其态密度曲线,并分析了这些管的导电性能.计算结果表明：（4,1）和（5,2）这两种单壁碳纳米管无能量禁带,均属于金属型;而（4,2）管有能量禁带,属于半导体型.此结论与用金属型单壁碳纳米管的判据|m-n|=3J（J=0,1,2,3,…）给出的结果一致.     

V掺杂ZnO性质的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同浓度的V掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,V的掺杂导致ZnO晶格发生了微小膨胀,禁带宽度变窄,体系引入的杂质能级靠近导带底,费米能级进入了导带并且穿插在杂质能级中,自旋态密度分布具有不对称性,自旋向上的电子数比自旋向下的电子数多,对态密度进行积分后发现V掺杂ZnO体系表现出净磁矩,具有磁性.当V掺杂后,V-3d态电子与O-2p态电子的态密度分布大部分重合,形成了pd杂化.     

Ni(100)表面吸附Sn的第一性原理研究

用第一性原理的密度泛函理论分析了Sn吸附在Ni (100)表面的几何结构和稳定相吸附前后的功函变化情况。能量计算表明最稳定相是0.5 ML (monolayer)的Sn替代Ni (100)表面最外层原子形成c (2×2)结构的合金相,皱褶幅度为0.049 nm,与通过低能碱金属离子散射法和低能电子衍射法(LEED)所得到的实验值(0.044±0.005 nm)以及全矢量线性平面波法所得理论值(0.036 nm)吻合得较好,但与三维电子全息图所得值(0.09 nm)和Castep程序所得值(0.018 nm)相差很大,Sn在Ni (100)表面吸附前后的功函变化值为0.31 eV,表明电荷从底物移向吸附物。     

Mn掺杂c-ZrO2电子和光学性质的第一性原理研究

基于DFT+U第一性原理计算,预测了过渡金属锰（Mn）掺杂立方氧化锆（c-ZrO₂）体系的电子和光学性质。当c-ZrO₂中的Zr原子被Mn原子取代后,体系的电子态密度图表明体系的带隙减小,同时价带顶的电子密度明显增加使得价带展宽约5%。在自旋向上通道中,费米面附近的电子密度源于Mn 3d电子与O 2p电子的强烈混合,使得掺杂体系具有半金属铁磁性能,这也可能是引起体系带隙减小的原因。本研究还表明,通过Mn掺杂,体系折射率明显增加,在约为2.8 eV 低能区域形成新的坡度陡峭的光吸收峰,这一发现使Mn掺杂c-ZrO₂用作光吸收材料成为可能。通过Zener双交换机制解释了体系的铁磁性能,该理论也曾用于解释其他化合物;同时也探讨了体系的电子结构和光学性质之间的联系。     

Bi掺杂BaSnO3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波法,对Bi掺杂钙钛矿BaSnO3电子结构进行了第一性原理的研究．研究结果表明：BaSnO3是一种间接带隙材料,带隙值为0．33eV,掺杂前其光吸收和催化能力都很弱,但掺杂后的Ba1-xBixSnO3是一种直接带隙材料;随着掺杂量的增加,其带隙值和晶格常数都减小;费米面都向高能移动,使得介电函数的虚部的峰值大幅度提高,介电损失减小．掺杂提高了Ba1-xBiSnO3的光吸收和催化能力,表明Ba1-xBiSnO3是一种有前景的光学材料．     

配体保护下的Au8团簇吸附和活化O2的第一性原理研究

采用密度泛函理论的TPSS泛函,研究在配体聚乙烯吡咯烷酮（poly（N-vinyl-2-pyrrolidone）,PRD）保护下O2吸附在Au8团簇上的稳定构型的结构和电子性质。PRD通过物理吸附作用在Au8团簇上,PRD中的O与Au8形成较弱的Au-O键。相对于Au8团簇,Au8：PRDR团簇的活性略有提高并与O2产生共吸附效应。分析表明：在共吸附中,PRD通过Au8将部分电子转移给了O2,进入了O2的LUMO轨道,促进了Au对O2的活化作用,从而提高了Au8的催化活性。     

SF_6/N_2混合气体绝缘特性的试验研究及理论分析

应用自制的试验模型对SF6/N2混合气体的绝缘能力进行了试验研究,并和纯净的SF6、N2的绝缘能力进行了比较,获得了SF6/N2混合气体在不同比例下的击穿电压与气体间隙距离之间的曲线.经综合比较、分析确定50%SF6 50%N2的混合气体的经济技术指标比较高,可以在电气设备中作为绝缘介质广泛应用.     

拉压变形对B(N)掺杂碳纳米管Al吸附性能的影响

为了研究(5,5)碳纳米管的B(N)环状掺杂效应,以及拉压变形对B(N)环状掺杂碳纳米管Al吸附性能的影响,采用基于密度泛函理论的平面波赝势和广义梯度近似方法,对B(N)环状掺杂碳纳米管Al吸附模型进行了几何优化,计算了B(N)环状掺杂碳纳米管的形成能,并确定了Al原子的最稳定吸附位置.结果表明,B(N)环状掺杂(5,5)碳纳米管的结构较为稳定.B(N)环状掺杂可以增加碳纳米管与Al之间的吸附能;一定范围内的拉伸和压缩变形则会降低碳纳米管与Al之间的大部分吸附能.     

单分散单壁碳纳米管的制备

对电弧放电法合成的单壁碳纳米管样品进行硝酸氧化处理,经过离心分离后得到纯化的单壁碳纳米管。在超声波的作用下,向提纯后的样品中加入表面活性剂,制得单壁碳纳米管的分散体系。通过再一次的高速离心,将单壁碳纳米管管束和少量的石墨纳米粒子等杂质除去。UV-vis-NIR吸收光谱的研究表明,我们成功地制备了在水中分散的碳纳米管。     

功能化单壁碳纳米管的气敏性研究

通过不同官能团功能化,在单壁碳纳米管(SWNTs)上连接不同基团并制成薄膜。采用恒定电位法,将它们暴露在NO2中,N2作为载气,不同温度下(30℃、50℃、70℃、90℃)检测电流随时间的变化情况(I-t图)。结果表明,随着温度的升高各薄膜对NO2的响应速率加快;含对苯基的SWNTs薄膜在50℃灵敏度最大,而连接有羧基、氨基的SWNTs薄膜在30℃灵敏度最大;对硝基苯基功能化后的SWNTs对NO2的响应程度最大,明显强于其他薄膜。     

单壁碳纳米管的三声子倒逆过程

介绍了单壁碳纳米管的三声子倒逆过程弛豫率的计算,建立了倒逆过程的选择定则,提出了弛豫率的计算公式以及高温和低温极限下的近似计算公式.在线性色散关系下弛豫率在高温时与频率的平方成正比;在低温极限时弛豫率随温度的倒数是按指数律变化;在高温极限时,弛豫率随温度线性增长.在考虑全部色散关系时,随着散射通道的增加,横波声子的总弛豫率曲线随频率增长时出现大量不连续点,并且光学声子的加入使总弛豫率增长了至少一个数量级.     

单壁碳纳米管弯曲屈曲行为的原子模拟

借助一个原子尺度的数值计算方法模拟单壁碳纳米管在弯曲载荷作用下的机械反应.碳原子之间的影响用Tersoff-Brenner势函数描述,计算了每个迭代步系统总势能对原子位置的一阶和二阶导数,系统的平衡位置通过Newton's方法来确定.不同类型的纳米管被模拟,当弯曲曲率达到一定值时,纳米管将发生屈曲变形.讨论了纳米管的长度和直径对屈曲变形以及关键屈曲曲率的影响.测试了2种弯曲加载方式,并对结果进行了比较和讨论.     

碳纳米管电子动力学的管径和螺旋度相关性研究

考虑碳纳米管的有限尺寸及可能存在的无序,基于量子扩散理论,研究了电子在不同管径和螺旋度的单壁碳纳米管中的量子扩散行为.结果表明,随着无序度的增加,电子在不同管径和螺旋度管中的扩散行为将发生弹道-非弹道转变.有趣的是,无序和缺陷对不同管径和螺旋型碳纳米管中电子输运的影响程度不同.对大管径的纳米管,无序和缺陷的影响要比小管径的小,而对不同螺旋型管,无序和缺陷对锯齿型管的影响要比扶手型管的强.     

单壁碳纳米管静、动态屈曲问题的分子结构力学模型

采用分子结构力学方法研究单壁碳纳米管的静、动态屈曲问题.用分子框架结构模型模拟碳纳米管的原子结构,碳原子之间的共价键被模拟为框架梁单元,碳原子被模拟为单元节点.通过能量等价原理建立基于分子结构力学的局部原子势和计算结构力学单元应变能之间的关系,得到梁的截面参数.建立了单壁碳纳米管等效梁单元空间框架的静、动力屈曲有限元模型,研究了单壁碳纳米管在轴向载荷作用下的屈曲变形和临界屈曲应变,并与连续介质力学模型及分子动力学的结果进行了比较.     

碳纳米管吸附有机物研究进展

碳纳米管由于其独特的性质和广泛的应用前景,在作为吸附材料方面已引起国内外研究者的广泛兴趣.目前有关碳纳米管对有机物的吸附机理主要集中在以下几种作用：疏水作用、π-π键作用、H键作用、静电作用力等.由于碳纳米管在吸附有机物时,以上几种作用力可能同时存在,因而很难仅通过一种机理来预测碳纳米管对某有机物的吸附作用.不同类别的物质的吸附作用,起主导作用的吸附机理不同.因此,要预测有机物与碳纳米管之间的相互作用力,需要建立不同的吸附模型.另外,研究碳纳米管与有机物的吸附作用,在研究碳纳米管性质、有机物性质的同时,作用环境的研究也显得非常重要.     

碳纳米管生长的研究

在氦气和甲烷气氛中,用直流电弧法制制备碳纳米管是目前使用的一种方法,碳纳米管处于阴极沉积的堆积物中,其生成量与电弧参数、气压、种类等有关,通过扫描电子显微镜看到碳纳米管的形貌,并发现现蒸发条件有关。     

不同取代联苯的细胞毒性及与单壁碳纳米管的协同细胞毒性

用四甲基偶氮唑盐比色法(MTT比色法)考察了联苯、2-溴代联苯、2-联苯基羧酸和2-氨基联苯等4种不同取代联苯化合物的细胞毒性及其分别与单壁碳纳米管结合的协同毒性.实验结果表明,这4种化合物本身的细胞毒性由大到小依次是2-氨基联苯、2-溴代联苯、联苯、2-联苯基羧酸,并且与时间和浓度呈依赖关系.协同毒性实验中发现,4种化合物分别与无毒的单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)联合后,细胞毒性均增强2~3倍,说明联苯类化合物与单壁碳纳米管结合具有协同毒性效应.