氫化和氟化石墨烯材料的第一性原理研究.pdf

1、石墨烯是材料科學與凝聚態(tài)物理領域里應用價值非常廣泛的一種材料,這種二維材料展示了獨特的晶格和電子性質,它由單層碳原子緊密堆積而成,是其它碳質材料,如納米管(一維)、富勒烯(零維)、石墨(三維)的基本組成單位。石墨烯在儲氫、傳感器、復合材料、計算機等領域具有潛在的應用。隨著有關原理及模型計算方法的迅速發(fā)展,以密度泛函理論為基礎的第一性原理在凝聚態(tài)物理、材料科學等領域具有越來越廣泛的應用。本論文對不同大小的石墨烯超胞以及吸附原子后的性質進行

2、了第一性原理研究。
　　第一部分主要介紹了石墨烯于2004年,由A.K.Geim等人采用撕膠帶方法發(fā)現(xiàn),及石墨烯具有導電性高、遷移率高、高的機械強度、便于修飾以及可以大規(guī)模地生產等特性;介紹了石墨烯具有整數(shù)分數(shù)量子霍耳效應,量子霍耳效應等新奇特性;簡單介紹了石墨烯常見的制備方法,如微機械分離的方法、化雪氣相沉積的方法、氧化石墨還原的方法等;介紹了石墨烯近期國內外研究進展及研究石墨烯的目的與意義。
　　第二部分主要介紹了本文采

3、用的第一性原里計算方法的具體內容,即多粒子系統(tǒng)非相對論形式的哈密頓量的表達形式及電字有效勢方程;介紹了不考慮相對論效應的非相對論斤似;將電子的運動同原子荷的運動各自單獨來考慮的決熱近似;將電子與電子之間的庫侖作用進行平均的單電子近似;介紹了密度泛函相關理論的概念,即用求解電字總密度問題代替求解薛定諤方程;介紹了Hohenberg-Kohn定理及Kohn-Sham方程;介紹了利用密度泛函理論來處理交換關聯(lián)項的兩個方法,即局域密度近似與廣義

4、梯度近似。
　　第三部分主要介紹使用LDA方法,GGA方法分別計算了2個碳原子(單胞)、8個碳原子、32個碳原子的純石墨烯的結構及其性質,計算的C-C鍵長為1.41,由石墨希的總態(tài)米度圖與能代圖可知,在特殊點處存在著一個狄拉克點,引起石墨烯為零帶隙半導體材料;以及使用LDA方法,GGA方法分別計算了石墨烯按C:H比例分別為1:1、2:1、4:1、8:1、16:1吸附H時,氫化石墨希的結構及性質,發(fā)現(xiàn)石墨希吸附H原子后,吸附氫原子的

5、碳原子有了起伏,C-C鍵長變長,C-H鍵長約為1.1,石墨希兩側各吸附一個H原子時沒有磁性,并且發(fā)現(xiàn)C:H的值越大,氫化石墨希的帶隙越大, C:H的值越小,氫化石墨烯的帶隙越小。
　　第四部分主要介紹使用LDA方法計算了石墨烯按C:F比例分別為1:1、2:1、4:1、8:1、16:1吸附F時,氟化石墨烯的結構及性質,發(fā)現(xiàn)石墨烯吸附F原子后,吸附氟原子的碳原子有了起伏,C-C鍵長變長,C-F鍵長約為1.4,石墨希兩側各吸附一個F原子