应变对bn纳米片电子特性的影响理工【字数：8927】
由于BN纳米片中B原子和N原子均已饱和，因而其具有较高的稳定性。在引入缺陷后会引起电子结构特性的变化。我们主要对B缺陷BN纳米片、T1构型多孔BN纳米片、H1、H2构型多孔BN纳米片进行研究。在之前的研究中发现B缺陷的BN纳米片、T1构型的多孔BN纳米片、H1和H2构型的BN纳米片均表现出良好的电子结构特性，在纳米电子器件方面和化学吸附载体方面均有一定的潜在应用价值。我们基于密度泛函理论的第一性原理计算，对在外加应变作用下三种材料受到的影响进行研究。得知B缺陷的BN纳米片在-3%压应变的作用下，其会转变为铁磁性金属，在拉应变的作用下能够保持很好地自旋半金属特性。T1构型的多孔BN纳米片则相反，其在压应变作用下能保持很好的自旋半金属特性，而在1%的拉应变作用下将转变为自旋半导体。H1和H2构型的多孔BN纳米片在所研究应变范围内均保持半导体的特性。
目录
第一章 绪论 5
1.1 引言 5
1.2二维材料的研究概况 5
1.2.1石墨烯 5
1.2.2 BN 6
1.2.3过渡金属硫化物 10
1.3 二维材料掺杂 10
1.4 BN掺杂 10
1.5 应变对二维材料性质的影响 11
第二章 理论和方法 12
2.1 密度泛函理论和第一性原理 12
2.2 QuantumATK软件 12
第三章 应变对BN纳米片电子特性的影响 13
3.1 计算方法和模型 14
3.2 结果和分析 15
3.3 小结 18
总结与展望 19
参考文献 20
致谢 21
第一章 绪论
1.1 引言
对于材料来说，它本身的维度是用来衡量或调整该材料本身性质的重要参数。由于在最近的研究中发现了一种具有十分优异属性的材料—石墨烯，这引起了许多科研人员的好奇心，也将研究的目标和探索的方向转移到了同样是二维层状纳米材料的BN纳米片上。BN纳米片在结构上与石墨烯类似都是蜂窝状的结构。而新型的BN纳米片自然就是我们研究人员所热衷探索的材料。目前已知可以利用化学溶液衍生法来制备单层的BN *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
纳米片，而在最近的研究中我们发现通过超声离心技术我们能得到毫克的BN纳米片，这无疑让我们在探究新型材料的制备方面又前进了一步。虽然我们说BN纳米片和石墨烯都属于二维纳米材料，又有些许的类似，但是在性质上有着天壤之别。石墨烯表现出的是金属性。BN纳米片表现半导体属性。而我们为了改变其性质就需要研究这些材料在各种情况下性质有哪些改变，有哪些差异。最终来实现我们所需要应用的目的。
本课题就是基于这种情况下来研究并获得应变作用下的多孔的BN纳米片的电子结构特性。将会利用第一性原理计算对应变作用下的多孔的BN纳米片的电子结构特性，进行研究，并探讨其潜在的应用。
1.2二维材料的研究概况
1.2.1石墨烯
石墨烯的诞生是在2004年，它作为新型材料不仅具有厚度薄，强度高等特点还在导电导热性方面表现的十分优异。因此石墨烯也被称为“21世纪材料之王”。就目前情况来看，主要的石墨烯材料有石墨烯薄膜和石墨烯粉体两种。石墨烯薄膜中又包含了单晶薄膜和多晶薄膜。而石墨烯粉体就是由多层石墨烯构成的[1]。
石墨烯的性质：如图1.1所示，石墨烯也是碳家族的一员其内部碳原子的排列方式与石墨单原子一样，以sp2杂化轨道成键的。
石墨烯电子特性：石墨烯它具有很高的载流子迁移率。最高250000cm2/(Vs)在室温下也能达到的15000cm2/(Vs)[2]。在电子元件领域，这个数值已经远远超过了我们所熟知的硅材料。石墨烯约是它的10倍左右。和同样具有较高的载流子迁移率的锑化铟相比，石墨烯也是更胜一筹。石墨烯达到了两倍于锑化铟的水平。当然这种条件的达成也是比较苛刻的。
图1.1石墨烯的结构
石墨烯的热性能：石墨烯是一种良好的导热体。可以实现快速散热。它是最好的导热碳材料之一。由于迄今为止在研究中没有缺少碳原子，可以解释石墨烯具有良好的导热性并且其导热率达到5300W / mK。 并且高于单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
石墨烯的光学特性：经过研究表明，我们发现石墨烯在宽波范围内的光学特性相当优秀。其吸收率能达到2.3%，通过率达97.7%。这使得石墨烯看上去几乎是透明的。不仅如此，科研人员还发现，可以通过增加厚度的方法增加其吸收率。我们把厚度每增加一层，石墨烯的吸收率就增加2.3%。所以我们得知，石墨烯的光学特性会随石墨烯厚度的改变而发生变化。并且受到的影响较小。这是单层石墨烯所不具有的。
石墨烯的化学性质：石墨烯作为碳家族一员，其化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子[3]。 当石墨烯所吸附的这些原子或分子作为受体或给体时，石墨烯的载流子浓度会被改变，但与此同时石墨烯本身却保持着良好的导电性。
石墨烯的应用：由于石墨烯的诞生，其优异的各项属性被人们所发现。人们一步步解决了其批量化生产等问题。使得它在逐渐走向我们生活，它的产业化应用也将实现。最先应用在新能源电池领域。同时新能源电池领域推广到其他便携式电子设备等领域。因此，石墨烯的应用不仅对于传统物理学研究有着重要意义，它同时也在推动我们的传统能源向新型能源迈进。我们可以看出石墨烯的身上具有能解决能源、环保等问题的潜力。由于近年来关于新型能源问题、环保问题都是受到世界各种人士的关心，石墨烯的诞生将会点燃各国研究人员的热情。打开了探索新型二维纳米材料的大门。
1.2.2 BN
BN的种类：BN是一种非氧化物的材料。是目前研究和应用较多的氮化物陶瓷材料之一。我们根据晶体结构类型将氮化硼分为立方氮化硼、六方氮化硼、斜方氮化硼、纤锌矿氮化硼[4]。
各向同性BN纳米材料：如图1.2为BN纳米球微观组织。我们将具有中心点对称的实心纳米球或者空心纳米球等类似结构的物质称之为各向同的性BN纳米材料。
目录
第一章 绪论 5
1.1 引言 5
1.2二维材料的研究概况 5
1.2.1石墨烯 5
1.2.2 BN 6
1.2.3过渡金属硫化物 10
1.3 二维材料掺杂 10
1.4 BN掺杂 10
1.5 应变对二维材料性质的影响 11
第二章 理论和方法 12
2.1 密度泛函理论和第一性原理 12
2.2 QuantumATK软件 12
第三章 应变对BN纳米片电子特性的影响 13
3.1 计算方法和模型 14
3.2 结果和分析 15
3.3 小结 18
总结与展望 19
参考文献 20
致谢 21
第一章 绪论
1.1 引言
对于材料来说，它本身的维度是用来衡量或调整该材料本身性质的重要参数。由于在最近的研究中发现了一种具有十分优异属性的材料—石墨烯，这引起了许多科研人员的好奇心，也将研究的目标和探索的方向转移到了同样是二维层状纳米材料的BN纳米片上。BN纳米片在结构上与石墨烯类似都是蜂窝状的结构。而新型的BN纳米片自然就是我们研究人员所热衷探索的材料。目前已知可以利用化学溶液衍生法来制备单层的BN *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
纳米片，而在最近的研究中我们发现通过超声离心技术我们能得到毫克的BN纳米片，这无疑让我们在探究新型材料的制备方面又前进了一步。虽然我们说BN纳米片和石墨烯都属于二维纳米材料，又有些许的类似，但是在性质上有着天壤之别。石墨烯表现出的是金属性。BN纳米片表现半导体属性。而我们为了改变其性质就需要研究这些材料在各种情况下性质有哪些改变，有哪些差异。最终来实现我们所需要应用的目的。
本课题就是基于这种情况下来研究并获得应变作用下的多孔的BN纳米片的电子结构特性。将会利用第一性原理计算对应变作用下的多孔的BN纳米片的电子结构特性，进行研究，并探讨其潜在的应用。
1.2二维材料的研究概况
1.2.1石墨烯
石墨烯的诞生是在2004年，它作为新型材料不仅具有厚度薄，强度高等特点还在导电导热性方面表现的十分优异。因此石墨烯也被称为“21世纪材料之王”。就目前情况来看，主要的石墨烯材料有石墨烯薄膜和石墨烯粉体两种。石墨烯薄膜中又包含了单晶薄膜和多晶薄膜。而石墨烯粉体就是由多层石墨烯构成的[1]。
石墨烯的性质：如图1.1所示，石墨烯也是碳家族的一员其内部碳原子的排列方式与石墨单原子一样，以sp2杂化轨道成键的。
石墨烯电子特性：石墨烯它具有很高的载流子迁移率。最高250000cm2/(Vs)在室温下也能达到的15000cm2/(Vs)[2]。在电子元件领域，这个数值已经远远超过了我们所熟知的硅材料。石墨烯约是它的10倍左右。和同样具有较高的载流子迁移率的锑化铟相比，石墨烯也是更胜一筹。石墨烯达到了两倍于锑化铟的水平。当然这种条件的达成也是比较苛刻的。
图1.1石墨烯的结构
石墨烯的热性能：石墨烯是一种良好的导热体。可以实现快速散热。它是最好的导热碳材料之一。由于迄今为止在研究中没有缺少碳原子，可以解释石墨烯具有良好的导热性并且其导热率达到5300W / mK。 并且高于单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
石墨烯的光学特性：经过研究表明，我们发现石墨烯在宽波范围内的光学特性相当优秀。其吸收率能达到2.3%，通过率达97.7%。这使得石墨烯看上去几乎是透明的。不仅如此，科研人员还发现，可以通过增加厚度的方法增加其吸收率。我们把厚度每增加一层，石墨烯的吸收率就增加2.3%。所以我们得知，石墨烯的光学特性会随石墨烯厚度的改变而发生变化。并且受到的影响较小。这是单层石墨烯所不具有的。
石墨烯的化学性质：石墨烯作为碳家族一员，其化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子[3]。 当石墨烯所吸附的这些原子或分子作为受体或给体时，石墨烯的载流子浓度会被改变，但与此同时石墨烯本身却保持着良好的导电性。
石墨烯的应用：由于石墨烯的诞生，其优异的各项属性被人们所发现。人们一步步解决了其批量化生产等问题。使得它在逐渐走向我们生活，它的产业化应用也将实现。最先应用在新能源电池领域。同时新能源电池领域推广到其他便携式电子设备等领域。因此，石墨烯的应用不仅对于传统物理学研究有着重要意义，它同时也在推动我们的传统能源向新型能源迈进。我们可以看出石墨烯的身上具有能解决能源、环保等问题的潜力。由于近年来关于新型能源问题、环保问题都是受到世界各种人士的关心，石墨烯的诞生将会点燃各国研究人员的热情。打开了探索新型二维纳米材料的大门。
1.2.2 BN
BN的种类：BN是一种非氧化物的材料。是目前研究和应用较多的氮化物陶瓷材料之一。我们根据晶体结构类型将氮化硼分为立方氮化硼、六方氮化硼、斜方氮化硼、纤锌矿氮化硼[4]。
各向同性BN纳米材料：如图1.2为BN纳米球微观组织。我们将具有中心点对称的实心纳米球或者空心纳米球等类似结构的物质称之为各向同的性BN纳米材料。
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