InBi團(tuán)簇物性的密度泛函計(jì)算研究

1、-范文最新推薦- In2Bi3團(tuán)簇物性的密度泛函計(jì)算研究 摘要原子或分子團(tuán)簇充當(dāng)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的材料激勵(lì)我們理解和操縱團(tuán)簇屬性。由于團(tuán)簇的性質(zhì)是隨其大小、成分、帶電性質(zhì)的改變而變，因此團(tuán)簇組裝材料為制造原子可控的納米材料提供了可行性。本利用光電子能譜和第一性原理研究氣相雜原子團(tuán)簇 的電子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。我們得出基態(tài)幾何形狀是其中的第族原子形成赤道三角，而第族原子充當(dāng)三角雙錐帽。這增強(qiáng)在赤道的三角形粘接，只略削弱的赤道三角和封蓋原子鍵之間的連接。研究光電子譜我們首先注意到理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀察所得的電子親和性很接近，且在實(shí)驗(yàn)和理論中所得的電離能是同樣級(jí)數(shù)的。研究提供了一個(gè)通過控制團(tuán)簇的組成來形成團(tuán)簇組裝

2、材料的策略。11913關(guān)鍵詞In2Bi3-幾何結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Titlecalculate and research fordensity functional methods of the property of In2Bi3-clustersAbstractMaterials in which atomic or molecular clusters serve as the building blocks motivate our desire to understand and manipulate cluster pro-perties.Since the

3、characteristics of clusters change with size, composition , and charge state, cluster assembled materials offer the prospect of nanoscale materials with atomic control.The electronic structure and stability of the gas phase heteroatomic clusters, In2Bi3- ，are examined using photoelectron spectroscop

4、y and firstprinciples theoretical investigations .The ground state geometry ofIn2Bi3- is that in which the Group V atoms form the equatorial triangle , while the Group III atoms cap the trigonal bipyramid . Thisenhancesthebondingwithin the equatorial triangle , and only slightly weakensthe bonding b

5、etween the equatorial triangle and the capping atoms .To examine the photoelectron spectra, we can findthat there is reasonable agreementbetween the calculated and observed electron affinitie,and that the same progressions in detachment energy are found in both experiment and theory. The studies off

6、er a strategy for controlling properties of clusters that might be incorporated into cluster-assembled materials. 1.1 團(tuán)簇及其研究簡(jiǎn)介團(tuán)簇是由幾個(gè)乃至上千個(gè)原子、分子或離子通過物理或化學(xué)結(jié)合力組成的相對(duì)穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體，其物理和化學(xué)性質(zhì)隨所含的原子數(shù)目而變化1。團(tuán)簇是材料尺度納米材料的一個(gè)概念。團(tuán)簇的空間尺度是幾埃至幾百埃的范圍，用無機(jī)分子來描述顯得太大，用小塊固體描述又顯得太小，許多性質(zhì)既不同于單個(gè)原子分子，又不同于固體和液體，也不能用兩者性質(zhì)的簡(jiǎn)單線性外延或內(nèi)插得到

7、2。因此，人們把團(tuán)簇看成是介于原子、分子與宏觀固體物質(zhì)之間的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新層次，是各種物質(zhì)由原子分子向大塊物質(zhì)轉(zhuǎn)變的過渡狀態(tài)1-2，或者說，代表了凝聚態(tài)物質(zhì)的初始狀態(tài)2。團(tuán)簇研究可追溯到5O年代后期Pecker等用超聲噴注法獲得團(tuán)簇 3-5。之后，法國(guó)科學(xué)家Leleyter和Joyes在研究濺射過程中發(fā)現(xiàn)各種帶電和中性團(tuán)簇 。但直到7O年代末仍處于零星分散的狀態(tài)。8O年代國(guó)際上團(tuán)簇研究有了迅速的發(fā)展，取得了令人觸目的進(jìn)展，其中最為突出的是，1984年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Knight等發(fā)現(xiàn)超聲膨脹產(chǎn)生Na 團(tuán)簇具有幻數(shù)結(jié)構(gòu)，與其價(jià)電子結(jié)構(gòu)呈殼層分布相對(duì)應(yīng)5。接著發(fā)現(xiàn)C60 籠形團(tuán)簇及其大量制備的

8、簡(jiǎn)單方法，引起科學(xué)界的轟動(dòng) 。一些著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都積極開展團(tuán)簇研究，如瑞士無機(jī)分析和物化研究所，美國(guó)能源部、阿貢國(guó)立實(shí)驗(yàn)室、海軍研究所，芝加哥大學(xué)、德國(guó)馬一普研究所、薩爾蘭大學(xué)，日本分子科學(xué)研究所和東京大學(xué)等。召開了一系列以團(tuán)簇為中心議題的國(guó)際會(huì)議。例如，從1976年開始已連續(xù)召開八屆的小顆粒和無機(jī)團(tuán)簇國(guó)際會(huì)議(ISSPIC)，小團(tuán)簇物理和化學(xué)國(guó)際會(huì)議(NATO，1986)，元素和分子團(tuán)簇國(guó)際會(huì)議(Italy，1987)，微團(tuán)簇的第一屆NEC會(huì)議(日本，1987)等。l989年美國(guó)能源部材料科學(xué)委員會(huì)、基礎(chǔ)能源局和材料科學(xué)部聯(lián)合主持召開來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的物理、化學(xué)和材料等各方面專家對(duì)&l

9、dquo;團(tuán)簇和團(tuán)簇合成材料的研究機(jī)遇”進(jìn)行戰(zhàn)略討論6，分析了當(dāng)前研究狀況提出了進(jìn)一步發(fā)展該領(lǐng)域的必要性、規(guī)劃和藍(lán)圖。標(biāo)志著團(tuán)簇科學(xué)研究由初創(chuàng)時(shí)期的分散孤立狀態(tài)向有目的地組織跨學(xué)科協(xié)作以便建立新型學(xué)科體系的方向發(fā)展，由簡(jiǎn)單體系和單一特性的純基礎(chǔ)研究向復(fù)雜系統(tǒng)和綜合性質(zhì)以及基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)密切結(jié)合的方面開拓7-9。 1.3 團(tuán)簇組裝體系的表征1.3.1X-射線衍射法在介孔材料的表征手段中，最常用的是X-射線衍射(XRD)技術(shù)12。通過對(duì)X-射線衍射圖的解析，可獲得有關(guān)晶體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)(原子的三維立體坐標(biāo)、化學(xué)鍵、分子立體構(gòu)型和構(gòu)象、價(jià)電子云密度等)及分子間相互作用的信息。X-射

10、線衍射也是測(cè)量納米晶尺寸的常用手段。它不僅可確定試樣物相及其相含量，還可判斷晶粒尺寸大小。在小角度散射區(qū)域內(nèi)(2θ<10°)出現(xiàn)的衍射峰是確認(rèn)介孔結(jié)構(gòu)存在的有力判據(jù)之一。1.3.2 電鏡分析掃 描 電 子顯微鏡(SEM)是觀察微小顆粒固體表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物相及尺寸分布的有力工具。利用它可以檢查各步反應(yīng)前后材料的顯微鏡變化及微晶顆粒的破壞、腐蝕等情況。透射電子顯微鏡(TEM)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)最直觀的方法12，通過透射電子顯微鏡人們可以直接觀察物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。在這里利用透射電子顯微鏡可以觀察介孔材料中生成的納米團(tuán)簇的尺寸、形態(tài)及分布。對(duì)于介孔材料納米團(tuán)簇，高分辨電子顯微鏡(

11、HREM)是最有力的觀察工具，它的分辨率為1.9Å，對(duì)孔徑只有幾個(gè)埃的沸石分子篩都能進(jìn)行有效的觀察，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬，形成原子像，可以得到介孔材料中納米團(tuán)簇的精細(xì)結(jié)構(gòu)。1.3.3 光譜分析紅 外 光 譜(IR)是在電磁波紅外區(qū)觀察物質(zhì)吸收和發(fā)射，以研究分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的譜學(xué)方法。它根據(jù)譜帶的特征頻率研究未知物成分(定性)，根據(jù)譜帶強(qiáng)度確定樣品中某個(gè)組分含量(定量)，它還可研究分子結(jié)構(gòu)(如官能團(tuán)、化學(xué)鍵)、鑒定異構(gòu)體判斷化合物結(jié)構(gòu)，利用譜帶變化還可研究分子間的相互作用。紅外光譜已廣泛地應(yīng)用于研究介孔材料及介孔材料中組裝的化合物作為 紅 外 光譜的互補(bǔ)，拉曼光譜也是一種常用測(cè)試手段1

12、5-17。由于拉曼散射信號(hào)弱，又常受到熒光干擾，因此提高拉曼光譜的檢測(cè)信噪比是拉曼光譜技術(shù)發(fā)展的重要途徑。表面增強(qiáng)拉受光譜法(SERS)解決了這個(gè)問題。拉曼的表面增強(qiáng)，指的是由樣品分 1.5 團(tuán)簇材料的應(yīng)用（1）制作微小的電子器件。在集成線路以及其他微小電子器件中,目前使用的是光刻技術(shù)來制作元件和導(dǎo)線,對(duì)于尺寸遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)的器件,光刻技術(shù)已無法發(fā)揮作用。用幾個(gè)納米大小的顆粒排列組裝成的器件和導(dǎo)線(量子點(diǎn)和量子線) 以及用納米碳管制作的分子器件,將是這一領(lǐng)域里最有希望和前景的方法和技術(shù)18-19。這不僅可以提高運(yùn)算速度,而且可大大降低功耗。有序納米碳管的陣列組裝具有良好的場(chǎng)發(fā)射性質(zhì),用它做成的顯示器與液晶顯示器相比具有顯示速度快、對(duì)比度高、不同角度觀察效果一致等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是下一代的顯示器。（2）制備超晶格材料。超晶格(Su2perlattices) 材料是指在原有晶體晶格的周期結(jié)構(gòu)上疊加一個(gè)周期,這種周期結(jié)構(gòu)的勢(shì)阱(Potential well) 區(qū)厚度小于電子平均自由程,勢(shì)壘(Potential hill) 區(qū)足夠窄,以致相鄰勢(shì)阱中的電子波函數(shù)能夠互相耦合。晶體與超晶格的關(guān)系就如同蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)與四級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系,超晶格與組成它的基本單元晶體相比具有許多新的