砷化铟双壁纳米管的密度泛函理论研究

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在密度泛函理论框架下,本论文主要针对砷化铟双壁管状团簇和砷化铟双壁纳米管的几何结构、电子特性进行研究。首先系统的介绍了团簇和纳米管的定义及各种性质,同时引用大量文献,说明本文对于砷化铟双壁管状团簇和砷化铟双壁纳米管研究的意义和价值。在计算模拟的理论基础的介绍中,本文着重介绍了密度泛函理论,包括其理论的提出,建立的基础,早期模型和后期修正,同时对于本研究所需用的Gaussian03计算平台软件进行了简单的介绍。在具体研究过程中,本文着重研究了砷化铟双壁管状团簇及其双壁纳米管的几何结构、稳定性和电子特性.在文章中,用[p,k]@[2p,k+2]描述双壁管状团簇的几何结构,这也弥补了各类文献对于管状团簇描述的空白。本文主要是按照由团簇层层堆垛,形成无限长纳米管的研究思路进行的,所以研究基本分两大步骤:对于管状团簇模拟生长的研究和对无限长纳米管的理论研究。对于管状团簇,主要对其优化得到的稳定几何结构进行理论分析,找出其可定量描述的方法,然后研究其电子特性,从此角度出发,分析其稳定性和可能在实验上获得的理论依据;研究几何结构分析表明,In(3pk+4p)/2As(3pk+4p)/2(p=6,8,10,k=3,4,…,11)双壁管状团簇的几何构型符合欧拉公式,并得到 In(3pk+4p)/2As(3pk+4p)/2双壁管状团簇及(m,n)@(2m,2n)(m=n=3,4,5)型InAs纳米管的管径公式.对于电子特性的研究主要包括结合能的计算、Mulliken电荷布居分析、HOMO和 LUMO的计算和分析、能隙分析等。电子特性的计算结果表明:[6,k]@[12,k+2]型管状团簇和(3,3)@(6,6)型纳米管稳定性最高;利用前线轨道随尺寸的变化规律,得到 InAs双壁管状团簇的生长机理,阐明实验合成 InAs纳米管的微观机制;同时在管状团簇的研究中,本文探索性的研究了[6,k]@[12,k+2]型管状团簇热力学性质,我们发现其各热力学量呈线性增长的趋势,有很强的规律性。砷化铟双壁纳米管的研究主要还是从几何结构和电子特性方面研究,其几何结构较之双壁管状团簇,有明显的拉伸趋势,即键长变短,键角增大趋于平角;态密度和能带研究结果表明,砷化铟双壁管状团簇及双壁纳米管都具有半导体特性.本文的基础性科学研究将会对未来的实验及工业制备有一定的理论指导。
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