硼碳氮類石墨烯結(jié)構(gòu)的形成、演化及其電學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯作為性能獨(dú)特、應(yīng)用廣泛的二維材料，自從發(fā)現(xiàn)以來就廣受關(guān)注，六方氮化硼是與石墨烯結(jié)構(gòu)相似的類石墨烯材料，性能與石墨烯相近。石墨烯結(jié)構(gòu)與六方氮化硼結(jié)構(gòu)有較低的晶格失配比，這為二者的結(jié)合提供了可能。碳納米管與氮化硼納米管分別是由石墨烯和六方氮化硼卷曲形成的中空管，二者因具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，早已成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
　　本文基于密度泛函基礎(chǔ)的緊束縛理論與分子動(dòng)力學(xué)相結(jié)合方法，詳細(xì)研究了碳納米管與氮化硼納米管的碰撞動(dòng)力學(xué)過程，并利

2、用第一性原理計(jì)算方法研究了碰撞后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電學(xué)性能變化。具體的研究結(jié)果如下:
　　1.本文充分考慮碳納米管與氮化硼納米管的空間結(jié)構(gòu)后，采用了AA、h-AH、AH、AAH、AB五種同軸碰撞方式。結(jié)果表明，當(dāng)初始原子能量小于0.4eV/atom時(shí)，兩納米管碰撞后彈開并朝相反方向運(yùn)動(dòng);當(dāng)初始原子能量等于0.4eV/atom時(shí)，兩納米管碰撞后形成結(jié)構(gòu)完整的BCN納米管;當(dāng)初始原子能量大于0.4eV/atom時(shí)，兩納米管碰撞后形成更大直

3、徑的BCN納米管，同時(shí)管體開始出現(xiàn)諸如5-7對(duì)缺陷、SW缺陷以及一些不規(guī)則形狀缺陷，并且隨著初始原子能量的增大，缺陷的數(shù)目也隨之增多;當(dāng)初始原子能量大于0.7eV/atom時(shí)，兩納米管碰撞后形成BCN納米帶，并隨著初始原子能量的增大，碰撞后會(huì)形成類石墨烯納米片以及原子和原子鏈結(jié)構(gòu)。碰撞結(jié)果表明，初始原子能量對(duì)碰撞結(jié)果的影響較大，碰撞方式對(duì)碰撞結(jié)果影響較小。另外，通過碰撞觀察發(fā)現(xiàn)，在初始原子能量較大的情況下，氮化硼納米管在碰撞中會(huì)更容易遭

4、到破壞，這主要是由于氮化硼納米管的結(jié)合能低于碳納米管造成的。
　　2.研究發(fā)現(xiàn)，碰撞中產(chǎn)生的大量缺陷會(huì)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能造成很大影響。在碰撞實(shí)驗(yàn)中，除了形成無規(guī)則的缺陷，還容易形成SW缺陷、4-8環(huán)等較規(guī)則的缺陷。在石墨烯與碳納米管中容易形成五元環(huán)與七元環(huán)缺陷，在六方氮化硼與氮化硼納米管容易形成四元環(huán)與八元環(huán)缺陷，這都是由于材料的性質(zhì)所決定的。
　　3.本文利用第一性原理計(jì)算方法對(duì)碰撞后材料電學(xué)性能進(jìn)行探究，研究發(fā)現(xiàn)，無論是