金、硼納米管和內(nèi)包金屬硅富勒烯的結(jié)構(gòu)與性能預測.pdf

1、C60和碳納米管以其獨特的結(jié)構(gòu)和新穎的特性引起了人們廣泛的關(guān)注。它們在場發(fā)射、傳感器、復合增強材料、儲氫材料等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出的廣泛的應(yīng)用前景，激發(fā)了人們對納米籠和納米管的研究熱情。 本文基于密度泛函理論，對3d過渡金屬原子和貴金屬Au原子摻雜的硅團簇的結(jié)構(gòu)演化和電子性質(zhì)進行了分析；預測了新的金納米管、硼納米管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)。 純硅團簇由于其化學鍵的特性，不能形成碳團簇那樣穩(wěn)定的籠狀結(jié)構(gòu)。眾多的實驗和理論研究都表明

2、，摻雜一些寄宿原子可以穩(wěn)定硅的籠狀結(jié)構(gòu)。本文系統(tǒng)研究了3d過渡金屬原子對硅籠狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子特性的影響，發(fā)現(xiàn)了籠狀Si15和Si16團簇的理想宿主----Ti元素；計算結(jié)果表明，Ti@Si15和Ti@Si16團簇均具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較好的化學穩(wěn)定性。 基于密度泛函理論對內(nèi)包金屬Si20富勒烯的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進行了廣泛搜索，發(fā)現(xiàn)了一個迄今為止最為穩(wěn)定、Ih對稱性的中性Eu@Si20富勒烯；在Eu@Si20中，中心Eu原子具有較大的

3、自旋磁矩；以Ih-Eu@Si20為結(jié)構(gòu)單元構(gòu)造了一類能穩(wěn)定存在的項鏈狀準一維鏈，計算結(jié)果表明，該鏈具有半導體特性，中心Eu原子仍具有較大的自旋磁矩。 對過渡金屬Ni原子和貴金屬Au原子摻雜的硅小團簇，NiSin(n=1-14)和AuSin(n=1-16)的基態(tài)結(jié)構(gòu)隨尺寸的演化進行了計算。計算結(jié)果顯示：當團簇原子數(shù)目較小時，不論Ni原子還是Au原子都傾向于占據(jù)表面格點的位置；隨著團簇原子數(shù)目的增加，當n=9時Ni原子開始占據(jù)中心格

4、點的位置，而當n=12時，形成內(nèi)包Au原子的硅籠狀結(jié)構(gòu)Au@Si12；進一步分析表明，Ni原子的加入增強了硅團簇的穩(wěn)定性，而Au原子的加入沒有明顯地改善硅團簇的穩(wěn)定性；鍵能的二階差分和HOMO-LUMO能隙表明，Au@Si12是幻數(shù)團簇，其基態(tài)結(jié)構(gòu)具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較好的化學活性：以Au@Si12團簇為結(jié)構(gòu)單元得到了一類穩(wěn)定的Au-Cored硅納米管，計算結(jié)果顯示，這類內(nèi)包金線硅納米管具有較小的能隙和良好的電子傳輸特性。 論

5、文基于穩(wěn)定的二十面體Au32富勒烯和由Au(111)面卷曲而成的(5，5)金納米管，構(gòu)建了一類新的中空金納米管狀結(jié)構(gòu)Aun(n=37，42，47，52，…，△n=5)；采用密度泛函理論，對該類中空金納米管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子性質(zhì)進行了廣泛的探索，研究發(fā)現(xiàn)Au37、Au42、Au47納米管狀結(jié)構(gòu)具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；首次預言了42個金原子組成的大的、中空納米管結(jié)構(gòu)是具有比密積結(jié)構(gòu)更強穩(wěn)定性的基態(tài)結(jié)構(gòu)。 基于Yakobson等人對B8

6、0富勒烯籠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的理論預測，構(gòu)建了兩類新的、穩(wěn)定的金屬性的硼片結(jié)構(gòu)，進而得到兩類新的穩(wěn)定的硼納米管，計算結(jié)果表明：在我們的研究范圍內(nèi)除第一類(4，0)超細硼納米管表現(xiàn)出半導體特性并伴隨有0.441 eV的直接帶隙以外，其它硼納米管均表現(xiàn)出金屬性。 硼摻雜過渡金屬晶態(tài)和非晶態(tài)合金表現(xiàn)出優(yōu)異的鐵磁性能和良好的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能，成為理想的磁記錄介質(zhì)和薄膜磁頭候選材料。本文對硼摻雜過渡金屬鐵、鈷、鎳混合團簇的電子結(jié)構(gòu)和性能