氮、硅掺杂对煤基碳纳米管电子性质和杨氏模量的影响研究

近年来以煤为原料制备获得碳纳米管已经在实验室中得以实现,这开拓了碳纳米管低成本制备的途径。然而,煤基碳纳米管中氮、硅等原子掺杂对于碳管结构和功能性质影响的研究仍然相对较少。本研究使用基于第一性原理的自洽场晶体轨道法对硅、氮原子掺杂的(6,6)碳管进行研究。探讨硅、氮原子掺杂对碳纳米管电子性质和杨氏模量的影响。研究发现,氮原子和硅原子取代掺杂缺陷的形成在能量上是不利的,尤其对于硅掺杂。能带结构的计算表明,氮掺杂碳管显示金属导电性,而硅掺杂碳管发生了金属/半导体性质的转变,为半导体。杨氏模量的结果暗示,氮掺杂可以增强煤基碳管的力学性能。