接枝和摻雜對(duì)碳納米管電學(xué)性能的影響.pdf

1、碳納米管具有十分優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，使其具有巨大的應(yīng)用前景。但由于實(shí)驗(yàn)制備的碳納米管初產(chǎn)品中含有大量的雜質(zhì)，因此在對(duì)碳納米管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究或應(yīng)用之前通常都需要對(duì)碳納米管進(jìn)行表面純化改性，這些化學(xué)或物理的方法在提純了碳納米管的同時(shí)，也會(huì)將一些官能團(tuán)比如羧基和羥基接枝到碳納米管上；另一方面，在對(duì)碳納米管進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，比如制備碳納米管復(fù)合材料、納米器件和納米生物學(xué)應(yīng)用中，經(jīng)常人為地將一些官能團(tuán)接枝到碳納米管上，通過這樣的表面修飾來改變碳納米

2、管的表面性能，以實(shí)現(xiàn)某些特定的功能化。但是，目前實(shí)驗(yàn)和理論上對(duì)接枝官能團(tuán)后碳納米管本身性能的變化的研究很少，而這些性能上的變化對(duì)于碳納米管的應(yīng)用來說是至關(guān)重要的。因此，我們從理論上討論接枝官能團(tuán)對(duì)碳納米管本身電學(xué)性能的影響。 我們以局域密度泛函理論為基礎(chǔ)，采用第一原理方法，利用DMol3、CASTEP軟件進(jìn)行理論模擬研究。建立了對(duì)(5.5)、(9.O)和(8.0)型有限長(zhǎng)碳納米管接枝羧基和羥基官能團(tuán)的原子模型，通過計(jì)算其電子分布

3、和態(tài)密度的變化，討論羧基和羥基官能團(tuán)對(duì)碳納米管電子結(jié)構(gòu)和電子輸運(yùn)特性的影響。計(jì)算結(jié)果表明，接枝官能團(tuán)的碳納米管，其電子結(jié)構(gòu)明顯改變，其費(fèi)米能級(jí)上的電子態(tài)密度下降；最高占據(jù)軌道上的非定域程度減弱，致使電子輸運(yùn)性能呈下降趨勢(shì)。 通過比較兩種官能團(tuán)對(duì)碳納米管的影響發(fā)現(xiàn)，雖然接枝羧基或羥基官能團(tuán)后碳納米管的電子輸運(yùn)性能都有下降趨勢(shì)，但下降的程度不一樣。接枝羥基官能團(tuán)使碳納米管的電子輸運(yùn)能力降低的幅度較接枝羥基時(shí)更大；金屬型碳納米管在接枝

4、官能團(tuán)后電子密度降低的幅度要大于半導(dǎo)體型碳納米管。 另外，我們還嘗試性地研究了摻雜對(duì)碳納米管電學(xué)性能的影響。我們利用原子替換的方法建立氟摻雜的碳納米管模型。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，摻氟后三種碳納米管的費(fèi)米能的絕對(duì)值都降低了，費(fèi)米能級(jí)上的態(tài)密度卻增大了，說明氟摻雜后的碳納米管比純碳納米管更有利于場(chǎng)發(fā)射。三種不同結(jié)構(gòu)的碳納米管在費(fèi)米能的增幅上有些差異，帶寬減小的程度也是不同的，一端封閉的碳納米管在F摻雜后費(fèi)米能的增幅最大，說明在制備場(chǎng)發(fā)射電極時(shí)選