密度泛函理論對石墨烯的研究

密度泛函理論對石墨烯的研究DensityFunctionalTheoryStudyonGraphene目錄密度泛函理論和第一性原理簡介文獻研讀石墨烯概況總結(jié)與展望第一性原理(FirstPrinciple)

根據(jù)原子核和電子互相作用的原理及其基本運動規(guī)律，運用量子力學(xué)原理計算，從具體要求出發(fā)，經(jīng)過一些近似處理后直接求解薛定諤方程的算法，習(xí)慣上稱為第一性原理。第一性原理通常是跟計算聯(lián)系在一起的，是指在進行計算的時候除了告訴程序你所使用的原子和他們的位置外，沒有其它的實驗的，經(jīng)驗的或者半經(jīng)驗的參量，且具有很好的移植性。密度泛函理論(DFT,DensityFunctionalTheory)

密度泛函理論是上個世紀(jì)60年代在Thomas-Fermi理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的量子理論的一種表述方式。傳統(tǒng)的量子理論將波函數(shù)作為體系的基本物理量，而密度泛函理論則通過粒子密度來描述體系基態(tài)的物理性質(zhì)。

密度泛函理論(DFT)作為處理非均勻相互作用多粒子體系的近似方法已經(jīng)在計算凝聚態(tài)物理、計算材料科學(xué)和計算量子化學(xué)諸多領(lǐng)域取得巨大成功并獲得廣泛應(yīng)用。ComputationExperimentTheoryScienceResearch計算機模擬已經(jīng)與理論與實驗并列，成為三種基本的科學(xué)研究手段之一Top500SupercomputersintheworldA“small”PCclustertodayFourordersofmagnitudein15years石墨烯的出現(xiàn)

石墨烯是sp2雜化碳原子形成的類六元環(huán)苯單元并無限擴展的二維晶體材料,在2004年,英國曼徹斯特大學(xué)兩位物理學(xué)家Geim和Novoselov采用微機械剝離方法從石墨中獲得了穩(wěn)定存在的單層石墨烯,并發(fā)現(xiàn)石墨烯具有獨特的電子能帶結(jié)構(gòu),其導(dǎo)帶和價帶在倒空間狄拉克點相接,石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)在費米能級附近呈線性關(guān)系.這一發(fā)現(xiàn)引起了國際科學(xué)界的廣泛關(guān)注和重視,憑此,這兩位科學(xué)家獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎.Graphene:amonolayeroftwo-dimensionalcarbonatoms石墨烯的優(yōu)異性能

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，幾乎完全透明，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m?K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V?s，比碳納米管和硅晶體高，而電阻率只約10-8Ω?m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。Siliconout,Graphenein?

RVanNoorden,

Nature

442,228(2006)

石墨烯的制備方法

石墨烯的制備方法還有溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學(xué)法等，這些方法都不及上述四種方法普遍。

Densityfunctionalstudyonhydrogenationandnon-hydrogenationgraphenenanoribbon氫化與非氫化石墨烯納米條帶的密度泛函研究文獻研讀WhatareGraphenenanoribbons(GNR)?UnlimitedLimitedZigzagGNRs(ZGNR)UnlimitedLimitedArmchairGNR(AGNR)因graphenenanoribbon的邊緣性質(zhì)活潑極容易進行摻雜，一些官能團如NH2,OH,COOH等對條帶電子和自旋性質(zhì)有著顯著影響，這些官能團邊緣修飾的石墨烯納米條帶可形成功能器件。運用平衡分子動力學(xué)對于氫化石墨烯納米條帶的熱導(dǎo)研究發(fā)現(xiàn)，氫化明顯降低石墨烯納米條帶的熱導(dǎo)。石墨烯條帶的邊緣結(jié)構(gòu)對其性質(zhì)有著決定性影響。對于純條帶或是其邊緣的研究是非常重要的模型

選擇了寬度N為8(垂直于條帶延展方向由8條單碳鏈構(gòu)成)的石墨烯納米條帶，對其進行邊緣氫化研究。HANGR（氫飽和扶手形），PAGNR（無氫飽和扶手形），HZGNR（氫飽和鋸齒形）和PZGNR（無氫飽和鋸齒形）的超原胞模型如下圖所示。計算方法

本文中的計算是建立在基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法上，運用的計算軟件為VASP軟件包。研究內(nèi)容納米條帶的優(yōu)化結(jié)構(gòu)鋸齒形條帶自旋分布鋸齒形條帶的自旋極化電子結(jié)構(gòu)氫化和非氫化扶手形條帶能帶結(jié)構(gòu)石墨烯納米條帶的優(yōu)化結(jié)構(gòu)結(jié)果與討論一維線性碳鏈屬于sp雜化，人們依據(jù)其碳原子之間的結(jié)合方式將它分為兩種類型:第一種類型，相鄰的碳原子間以雙鍵相結(jié)合(