基于石墨烯碳納米結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)性質(zhì)理論研究.pdf

1、由于其卓越的熱學(xué)、機(jī)械、光學(xué)、及電學(xué)性質(zhì)，基于石墨烯的碳納米材料一直以來(lái)都吸引著實(shí)驗(yàn)和理論工作者的強(qiáng)烈研究興趣。非線性光學(xué)材料在光子學(xué)及光電子學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，因此對(duì)具有不同性質(zhì)非線性光學(xué)分子的研究是新型非線性光學(xué)材料設(shè)計(jì)與合成中的重要基礎(chǔ)?？紤]到實(shí)驗(yàn)上在縱向撕裂碳納米管制取石墨烯納米帶中所取得的成功，及有機(jī)π共軛體系在非線性光學(xué)領(lǐng)域中所起到的重要作用，本文從量子化學(xué)角度出發(fā)，對(duì)有限尺寸石墨烯片卷曲形成碳納米管過(guò)程中中間體結(jié)構(gòu)的

2、電子結(jié)構(gòu)及非線性光學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了密度泛函理論研究。
　　其中包括從有限尺寸石墨烯片(C72H24)出發(fā)，通過(guò)不同的卷曲方式分別得到金屬性(3,3)和(6,0)碳納米管的過(guò)程，及從有限尺寸石墨烯片(C128H32)出發(fā)，分別得到金屬性(4,4)和半導(dǎo)體性(8,0)碳納米管的卷曲過(guò)程。研究表明，對(duì)卷曲過(guò)程中中間體結(jié)構(gòu)電子態(tài)起決定性作用的因素為有限尺寸石墨烯片中鋸齒狀邊緣所存在的局域邊緣態(tài)。對(duì)中間體結(jié)構(gòu)開(kāi)口處的氧鈍化可以有效提高體系非線性

3、光學(xué)響應(yīng)，但只有對(duì)鋸齒狀開(kāi)口進(jìn)行氧鈍化，才能從本質(zhì)上改變對(duì)非線性光學(xué)響應(yīng)做主要貢獻(xiàn)的電子躍遷。另外，為了對(duì)卷曲過(guò)程有更加全面的認(rèn)識(shí)，本文還詳細(xì)討論了不同卷曲過(guò)程中前線分子軌道的變化與所形成碳納米管性質(zhì)之間的聯(lián)系、不同卷曲過(guò)程中能隙的變化、及有限尺寸石墨烯片基態(tài)電子態(tài)對(duì)尺寸的依賴。
　　考慮到鋸齒狀邊緣對(duì)卷曲過(guò)程中中間體結(jié)構(gòu)電子態(tài)所起到的重要作用，本文對(duì)鋸齒型石墨烯納米帶的鋸齒狀邊緣進(jìn)行了硼氮摻雜，加深對(duì)鋸齒狀邊緣所存在局域邊緣態(tài)的

4、認(rèn)識(shí)。結(jié)果表明，硼氮對(duì)鋸齒型石墨烯納米帶鋸齒狀邊緣的摻雜會(huì)擾亂其電子分布，從而改變其幾何及電子結(jié)構(gòu)。而對(duì)體系非線性光學(xué)響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果則指出，硼或氮對(duì)鋸齒型石墨烯納米帶的單獨(dú)摻雜均可使體系非線性光學(xué)響應(yīng)得到提高，但是兩者共同摻雜對(duì)進(jìn)一步提高體系的非線性光學(xué)響應(yīng)是不利的。
　　本文對(duì)縱向撕裂碳納米管制取石墨烯納米帶的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了量子化學(xué)研究，從微觀角度找出了決定該過(guò)程中中間體結(jié)構(gòu)電子態(tài)的主要因素，闡明了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)