硅的新物相以及二維五邊形平面結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測.pdf

1、自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料就因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)以及潛在的應(yīng)用價值而引起人們廣泛的研究熱情。二維材料是一類具有一層或幾層原子厚度的材料，它的種類也有很多種，常見的六角氮化硼、過渡金屬二硫化物以及金屬氧化物等。另一方面，近年來，由于能源減少以及環(huán)境污染使得人們越來越關(guān)注新型可再生能源的開發(fā)與應(yīng)用，尤其是太陽能電池器件的研究。將太陽能轉(zhuǎn)化為電能被認(rèn)為是最有前途的技術(shù)，綜合對比來看硅材料毫無疑問成為最佳選擇之一。
　　在本文中，以密度

2、泛函理論為基礎(chǔ)，一方面，我們預(yù)測了兩種二維五邊形Al2C和AlC2結(jié)構(gòu)。另一方面，基于已知的冰結(jié)構(gòu)，我們提議了幾種硅的新物相，利用GGA/PBE交換關(guān)聯(lián)泛函對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何優(yōu)化處理以及相關(guān)性質(zhì)的計算。計算結(jié)果如下:
　　在第三章中，我們以五邊形石墨烯為基礎(chǔ)原型，首先，將其中的三配位碳原子替換為鋁原子，從而得到Al2C結(jié)構(gòu)，Al原子和C原子的化學(xué)比例為2∶1。優(yōu)化后該結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出單層的準(zhǔn)二維平面結(jié)構(gòu)，分子動力學(xué)顯示該結(jié)構(gòu)在有效溫度1

3、372K時幾何框架基本保持完整，可以承受一定程度的高溫。電子性質(zhì)計算中，Al2C單層片是一個間接帶隙的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，態(tài)密度圖顯示在費(fèi)米面附近主要貢獻(xiàn)來自于C-p軌道和Al-s軌道的雜化。然而，將五邊形石墨烯中的四配位的碳原子替換為鋁原子，則得到AlC2結(jié)構(gòu)，Al原子和C原子的比例為1∶2。該結(jié)構(gòu)從側(cè)面看呈現(xiàn)出雙褶皺狀，像一個夾心的三明治形狀。電子性質(zhì)顯示該結(jié)構(gòu)具有金屬性，而且還能承受1856K（有效溫度）高溫，說明具有良好熱穩(wěn)定性，可以用

4、作耐高溫材料。
　　在第四章中，從己知冰的結(jié)構(gòu)出發(fā)，將硅原子替換為冰的氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的氧原子，并將其中的氫原子去掉，得到新的硅結(jié)構(gòu)。然后，基于密度泛函理論對這幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和相關(guān)性質(zhì)的計算。計算結(jié)果表明這些結(jié)構(gòu)中硅原子表現(xiàn)為sp3雜化特性。能量顯示SiⅢ和SiIh這兩種結(jié)構(gòu)的能量比較低。電子性質(zhì)表明SiⅡ呈現(xiàn)金屬性，SiIh和SiⅫ結(jié)構(gòu)為間接帶隙的半導(dǎo)體，且?guī)斗謩e0.68eV和0.16eV。而SiⅢ結(jié)構(gòu)則具有1.39eV的間接帶