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《湘潭大学》 2003年
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单壁碳纳米管电子性质的研究

陆地  
【摘要】: 碳纳米管是全碳原子组成的准一维管状纳米结构材料,有着十分奇特而丰富的物理性能。尤其是单壁碳纳米管的电子性质,其研究是目前材料、物理、化学、微电子、能源等多学科领域的前沿热点之一。 本文中,我们通过考虑卷曲效应后的单壁碳纳米管解析的能级结构表达式,研究了单壁碳纳米管的电子态密度,以及管径和螺旋度对其电子结构的影响。结果表明,卷曲效应对单壁碳纳米管的电子结构有重要的影响,且其电子结构与几何结构密切相关。我们发现,在考虑卷曲效应以后,扶手型管不产生带隙,仍为金属性管;而对于锯齿型金属性管和螺旋型金属性管,因卷曲诱导在费米能附近产生一个窄的带隙以及两个附加的范·霍夫奇点峰。带隙的宽度取决于其管径和螺旋度,同时范·霍夫奇点峰也会发生分裂,分裂间距随螺旋角的减小而增大,并且范·霍夫奇点主峰对应的能量位置与其管径和螺旋度密切相关;此外,半导体性管的带隙与其管径成反比关系,范·霍夫奇点主峰的位置也与其管径和螺旋度相关联。 基于单壁碳纳米管的能带结构,我们还讨论了单壁碳纳米管中电子的有效质量。研究表明,单壁碳纳米管的几何结构对其电子有效质量有重要的影响。我们发现,无论是锯齿型窄隙半导体管还是锯齿型宽隙半导体管,同一类管的最低导带的电子有效质量随波矢变化的规律基本相同,且其导带底的电子有效质量随管径的增大而减小。此外,锯齿型窄隙半导体管导带底的电子有效质量与其管径的平方成反比关系;对于螺旋型管,其导带底的电子有效质量不仅与管径相关,而且与螺旋度也相关联。 此外,我们还简要探讨了分子动力学方法在单壁碳纳米管热输运性质研究中的应用。 全文安排如下:在引言部分,我们简述了研究背景和研究目的。第一章简要介绍了碳纳米管及其基本特征。第二章为基本理论,着 MastershiP Dissertation,Xiangtan University 重介绍了分子动力学方法和转移矩阵方法。第三章介绍了考虑卷曲 效应后的单壁碳纳米管的电子能级结构,并在此基础上研究了单壁 碳纳米管的电子态密度,以及管径和螺旋度对其电子结构的影响。 在第四章中,基于单壁碳纳米管的电子能级结构,我们研究了单壁 碳纳米管的电子有效质量特征。第五章采用分子动力学方法对单壁 碳纳米管的热输运性质作了初步的探索。在最后一章,总结了我们 的研究成果以及对学术进行展望。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O482

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 张江伟;基于能量变化的微观塑性屈服准则研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
【同被引文献】
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【二级引证文献】
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2 于金刚;黄笃树;黄可龙;洪涌;;可溶性壳聚糖修饰单壁碳纳米管的制备(英文)[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
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10 王晓婧;汪超;程亮;李述汤;刘庄;;贵金属修饰的单壁碳纳米管在表面增强拉曼成像及光热治疗的应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
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2 程曦;“妙手”连通纳米材料与宏观世界[N];新清华;2007年
3 冯卫东;科学家发现碳纳米管薄膜新特性[N];科技日报;2008年
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7 本报记者 唐景莉 通讯员 姚骏;纳米时代的开拓者[N];中国教育报;2000年
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