碳納米管吸附鋰的第一性原理計(jì)算.pdf

1、碳納米管因其特有的物理、化學(xué)性質(zhì)及其新穎的結(jié)構(gòu)和在未來高科技領(lǐng)域的許多潛在應(yīng)用價(jià)值，迅速在世界范圍內(nèi)成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，成為最典型的和最具有代表性的納米材料之一。但是純凈的碳納米管的應(yīng)用是有限的，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行摻雜、取代和修飾以后，它的功能和應(yīng)用范圍將會(huì)得到大大的提高。 本論文工作目的在于通過基于量子力學(xué)第－性原理的理論計(jì)算，研究摻氧前后碳納米管對(duì)鋰的吸附特性和吸附鋰對(duì)碳納米管性質(zhì)所造成的影響，為進(jìn)一步研究不同碳納米管對(duì)堿金

2、屬吸附的選擇性、吸附能力和吸附位置以及不同的堿金屬離子對(duì)不同碳納米管的影響打下基礎(chǔ)。計(jì)算模擬結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)和新材料的設(shè)計(jì)有著重要的意義。 本論文共分為五個(gè)部分。 第一章概述了碳納米管的基本知識(shí)，如碳納米管的發(fā)展歷程、結(jié)構(gòu)分類、基本性質(zhì)與應(yīng)用、制備方法，還介紹了鋰吸附的研究進(jìn)展，最后簡(jiǎn)要論述了本論文研究的方法、目的與意義。 第二章較為詳細(xì)地介紹了本論文計(jì)算所用的基于密度泛函理論的第－性原理并概述了基于密度泛函理論

3、開發(fā)的多種計(jì)算軟件，重點(diǎn)介紹了所用的PWSEF軟件。 第三章計(jì)算并探討了(3，3)碳納米管在吸附鋰前后電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。交換－關(guān)聯(lián)能的修正采用的是PBE泛函。選取2個(gè)周期的(3，3)單壁碳納米管，一共24個(gè)原子，初始值鍵長(zhǎng)1.42A，每個(gè)周期碳納米管長(zhǎng)2.45951225A，在計(jì)算過程中選取真空層大于10A。計(jì)算中采用6個(gè)k點(diǎn)來抽樣管軸方向一維布里淵區(qū)，即K點(diǎn)網(wǎng)格為1×1×6，截?cái)嗄苋?08eV，力收斂條件0.05eV/A，

4、能量收斂條件0.005eV。對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)運(yùn)用嘶origin畫圖軟件或。matlab進(jìn)行繪圖。通過對(duì)吸附能、態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算得知碳納米管管外吸附鋰比管內(nèi)吸附容易。 第四章計(jì)算并探討了摻雜了一個(gè)氧原子的碳納米管在吸附鋰前后電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。計(jì)算中采用12個(gè)k點(diǎn)來抽樣管軸方向－維布里淵區(qū)，即k點(diǎn)網(wǎng)格為1×1×12，截?cái)嗄苋?00eV，力收斂條件0.02eV/A，能量收斂條件0.002eV。從吸附能、態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果可