多孔bn纳米片的电子结构特性【字数：9911】
多孔BN纳米材料同时具备纳米材料与多孔BN材料的优异特性。它不仅比表面积高，孔体积大，孔道结构丰富，还具有独一无二的力学性能、化学稳定性以及抗氧化性。也因此，多孔BN纳米材料在污水处理、气体吸附、催化载体等领域内有着无限的潜力。本文利用QuantumATK这一软件构建模型，根据密度泛函数的第一原理计算，在获得其能带结构和态密度图之后进行分析。结果表明正六方形和倒三角形孔结构的BN纳米片可能具有较好的稳定性。而三角形孔的BN纳米片有较明显的弛豫。从电子结构的结果来看，除了T1构型之外，其余的构型均表现出非磁的半导体特性，且其带隙从1.159 eV变化到3.666 eV。T1构型之外，表现出自旋半金属的特性，其在自旋电子器件方面具有一定的潜在应用价值。
目录
1．绪论 1
1.1 二维材料 1
1.1.2 其他的单元素二维材料 2
1.2 多孔材料 3
1.2.1 多孔材料的定义 3
1.2.2 多孔材料的性能 4
1.2.2 多孔纳米材料 5
1.3 BN纳米材料 5
1.3.1 BN材料的晶体结构 5
1.3.2 BN纳米材料的结构和分类 6
1.3.3 多孔BN纳米材料 7
1.3.4 多孔BN纳米材料的制备 7
1.3.5 多孔BN纳米材料目前的应用 8
2．理论和方法 10
2.1 第一性原理 10
2.2 密度泛函理论 10
2.3 QuantumATK软件 11
3.多孔BN纳米片的电子结构特性 12
3.1 计算方法和模型 12
3.2 结果和分析 13
3.2 结果和分析 13
3.3 小结 19
参考文献 20
1．绪论
1.1 二维材料
1.1.1石墨烯
二维材料是一种特殊材料，在这种材料中，电子仅仅可以在两个维度的非纳米尺度上进行自由运动。二位纳米材料是随着2004年石墨烯的发现而随之诞生的。在这之后，更多的新类型二维材料相继被科学家们发现并研究出了制备的方法。在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
这些新型材料之中，有一些材料在某些方面拥有独特而优异的能力，比如在力，电，磁还有光等方面，它们的独特性质引发了科学家们的好奇，科学家们开始对其进行了各种各样的研究。
众所周知纳米是长度单位的一种，它表示的单位长度十分的微小，1纳米等于109米。如果一种结构中的三个维度，只要三个中存在维度是纳米级别的，那么我们就能称这种材料是纳米结构。纳米结构有许多的种类，人们给纳米结构区分种类的方式也有很多种，在这许多的种类之中，最为常见的就是以维度的多少来进行相应的划分：零维纳米结构、一维纳米结构、二维纳米结构、三维纳米结构。而其中的二维纳米结构就是在这种结构的三个维度中，有一个维度是纳米级的，其他的两个维度则是可以进行自由的扩展。[1]
2004年，曼彻斯特大学的Geim小组成功的利用剥离法分离出了石墨烯[4],这是碳的二维石墨材料，这种新型材料的研制，完全打破了人们的认知，在这之前，人们认为二维材料在有限的温度条件下是不可能稳定的存在的。这一科学发现当时就引起了全世界的关注，在全世界范围产生了轰动，从此以后越来越多的科学家开始对二维材料进行研究。石墨烯与其他普通的体相材料有许多的不同，其中最大的区别就是石墨烯是单原子厚度的，这也是石墨烯拥有相对来说更大的表面积的原因。在科学家们对石墨烯进行了各种各样的研究实验之后发现，石墨烯的带隙是半金属的，这使它具有超级高的载流子迁移率以及极大的面内刚度，而石墨烯的这种性质表明石墨烯可以用于下一代电子器件。[2]过了没多久，一些科研人员发现了很多其他二维纳米二维纳米单层，这些新型的材料相继被科学家们发现并研制出来。在这些新的材料中，科学家们进行了各种各样的实验研究，并且慢慢的发现了许多丰富的性质在这些材料上体现。相信随着世界各地的科学家的不断研究，这些拥有各种各样性质的材料能够推动现代科学技术的快速发展，进而促进整个社会的发展与进步。
石墨烯的结构很特殊，是平面的六角蜂状的结构，而在它的六个角上都有一个碳原子。我们生活中的石墨其实就是由石墨烯一层一层堆叠起来的，相邻两层的石墨烯之间的相互作用力就是微弱的范得瓦尔斯力。而由于相邻石墨烯间的力很微小，所以科学家们可以用机器进行剥离的办法来制备石墨烯。石墨烯的碳原子跟其周围的三个碳原子构成共价键从而构成完整的平面结构，他们之间的角度为120度。众所周知，碳原子周围外层有四个电子，而其中三个电子与其他的碳原子形成sp2杂化，剩下的没有参与杂化的Pz轨道上的电子会独立的在平面内自由游离，这6个电子组成了一个大的π键。[3]由于这个π键的的存在，使石墨烯具有很强的载流子迁移率。除此以外，石墨烯还具有很多其他奇特的能力，在热、光、电等方面。但是石墨烯并不是完美的，他不能实现电流的开或关，这就导致了它在电子器件方面的应用收到了阻碍。
图1.1.1二维石墨烯的结构图
1.1.2 其他的单元素二维材料
在石墨烯被发现之后，科学家们在研究石墨烯各种性能的同时，也在努力寻找一些别的二维纳米材料。这在当时的科学界引起了一股巨大的浪潮。石墨烯被发现了之后，科学家们也把目光转向了其他的元素，他们在考虑一个问题，那就是别的元素能不能形成二维纳米单层，其中人们重点关注第四主族。随后过了几年，在2007年的时候，Verri小组提出了硅烯这一材料，硅烯与石墨烯十分相似，不仅在结构方面[5],在电子结构方面也很相似。经过研究发现，硅烯是sp2和sp3混杂在一起杂化成键的，这就导致了硅烯的结构并不是一个平面，而是有一些褶皱的结构。
图1.1.2硅烯的结构示意图
在这之后，锗烯和锡烯等第四主族的二维材料相继被发现了，同时科学家们把视线转向了其他主族。在接下来的几年里，第三、第五主族的一些二维材料也相继问世，这些二维材料的发现进一步推动了现代科学技术的发展，也进一步丰富了人们的认知。
1.2 多孔材料
目录
1．绪论 1
1.1 二维材料 1
1.1.2 其他的单元素二维材料 2
1.2 多孔材料 3
1.2.1 多孔材料的定义 3
1.2.2 多孔材料的性能 4
1.2.2 多孔纳米材料 5
1.3 BN纳米材料 5
1.3.1 BN材料的晶体结构 5
1.3.2 BN纳米材料的结构和分类 6
1.3.3 多孔BN纳米材料 7
1.3.4 多孔BN纳米材料的制备 7
1.3.5 多孔BN纳米材料目前的应用 8
2．理论和方法 10
2.1 第一性原理 10
2.2 密度泛函理论 10
2.3 QuantumATK软件 11
3.多孔BN纳米片的电子结构特性 12
3.1 计算方法和模型 12
3.2 结果和分析 13
3.2 结果和分析 13
3.3 小结 19
参考文献 20
1．绪论
1.1 二维材料
1.1.1石墨烯
二维材料是一种特殊材料，在这种材料中，电子仅仅可以在两个维度的非纳米尺度上进行自由运动。二位纳米材料是随着2004年石墨烯的发现而随之诞生的。在这之后，更多的新类型二维材料相继被科学家们发现并研究出了制备的方法。在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
这些新型材料之中，有一些材料在某些方面拥有独特而优异的能力，比如在力，电，磁还有光等方面，它们的独特性质引发了科学家们的好奇，科学家们开始对其进行了各种各样的研究。
众所周知纳米是长度单位的一种，它表示的单位长度十分的微小，1纳米等于109米。如果一种结构中的三个维度，只要三个中存在维度是纳米级别的，那么我们就能称这种材料是纳米结构。纳米结构有许多的种类，人们给纳米结构区分种类的方式也有很多种，在这许多的种类之中，最为常见的就是以维度的多少来进行相应的划分：零维纳米结构、一维纳米结构、二维纳米结构、三维纳米结构。而其中的二维纳米结构就是在这种结构的三个维度中，有一个维度是纳米级的，其他的两个维度则是可以进行自由的扩展。[1]
2004年，曼彻斯特大学的Geim小组成功的利用剥离法分离出了石墨烯[4],这是碳的二维石墨材料，这种新型材料的研制，完全打破了人们的认知，在这之前，人们认为二维材料在有限的温度条件下是不可能稳定的存在的。这一科学发现当时就引起了全世界的关注，在全世界范围产生了轰动，从此以后越来越多的科学家开始对二维材料进行研究。石墨烯与其他普通的体相材料有许多的不同，其中最大的区别就是石墨烯是单原子厚度的，这也是石墨烯拥有相对来说更大的表面积的原因。在科学家们对石墨烯进行了各种各样的研究实验之后发现，石墨烯的带隙是半金属的，这使它具有超级高的载流子迁移率以及极大的面内刚度，而石墨烯的这种性质表明石墨烯可以用于下一代电子器件。[2]过了没多久，一些科研人员发现了很多其他二维纳米二维纳米单层，这些新型的材料相继被科学家们发现并研制出来。在这些新的材料中，科学家们进行了各种各样的实验研究，并且慢慢的发现了许多丰富的性质在这些材料上体现。相信随着世界各地的科学家的不断研究，这些拥有各种各样性质的材料能够推动现代科学技术的快速发展，进而促进整个社会的发展与进步。
石墨烯的结构很特殊，是平面的六角蜂状的结构，而在它的六个角上都有一个碳原子。我们生活中的石墨其实就是由石墨烯一层一层堆叠起来的，相邻两层的石墨烯之间的相互作用力就是微弱的范得瓦尔斯力。而由于相邻石墨烯间的力很微小，所以科学家们可以用机器进行剥离的办法来制备石墨烯。石墨烯的碳原子跟其周围的三个碳原子构成共价键从而构成完整的平面结构，他们之间的角度为120度。众所周知，碳原子周围外层有四个电子，而其中三个电子与其他的碳原子形成sp2杂化，剩下的没有参与杂化的Pz轨道上的电子会独立的在平面内自由游离，这6个电子组成了一个大的π键。[3]由于这个π键的的存在，使石墨烯具有很强的载流子迁移率。除此以外，石墨烯还具有很多其他奇特的能力，在热、光、电等方面。但是石墨烯并不是完美的，他不能实现电流的开或关，这就导致了它在电子器件方面的应用收到了阻碍。
图1.1.1二维石墨烯的结构图
1.1.2 其他的单元素二维材料
在石墨烯被发现之后，科学家们在研究石墨烯各种性能的同时，也在努力寻找一些别的二维纳米材料。这在当时的科学界引起了一股巨大的浪潮。石墨烯被发现了之后，科学家们也把目光转向了其他的元素，他们在考虑一个问题，那就是别的元素能不能形成二维纳米单层，其中人们重点关注第四主族。随后过了几年，在2007年的时候，Verri小组提出了硅烯这一材料，硅烯与石墨烯十分相似，不仅在结构方面[5],在电子结构方面也很相似。经过研究发现，硅烯是sp2和sp3混杂在一起杂化成键的，这就导致了硅烯的结构并不是一个平面，而是有一些褶皱的结构。
图1.1.2硅烯的结构示意图
在这之后，锗烯和锡烯等第四主族的二维材料相继被发现了，同时科学家们把视线转向了其他主族。在接下来的几年里，第三、第五主族的一些二维材料也相继问世，这些二维材料的发现进一步推动了现代科学技术的发展，也进一步丰富了人们的认知。
1.2 多孔材料
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