Si納米結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、硅納米管同時兼?zhèn)涔杓{米線以及碳納米管的性能，避免了碳納米管易氧化的缺點(diǎn)，在納米電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。由于硅納米管的穩(wěn)定性偏低，在實驗上僅少數(shù)研究者制備出了硅納米管。為了更進(jìn)一步弄清硅納米管的結(jié)構(gòu)和物理特性，本文基于密度泛函理論的第一性原理，建立一維無限長石墨層狀硅納米管結(jié)構(gòu)模型，對其穩(wěn)定性、電子性質(zhì)以及彈性性能進(jìn)行了探討。 單壁硅納米管的穩(wěn)定性隨著管徑的增加趨于穩(wěn)定；當(dāng)原子個數(shù)相同時，扶手椅型硅納米管比鋸齒型硅納米管穩(wěn)

2、定；管徑相同時，扶手椅型硅納米管與鋸齒型硅納米管的穩(wěn)定性相當(dāng)。扶手椅型硅納米管均呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。n=10，11的鋸齒型硅納米管表現(xiàn)為半導(dǎo)體性質(zhì)，其他低于n=10的則表現(xiàn)為金屬性質(zhì)。硅納米管的彈性性能低于碳納米管以及碳化硅納米管。 多層硅石墨層在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，石墨層出現(xiàn)凹凸，層間距減小，形成相似于晶體硅的(111)面層狀結(jié)構(gòu)，表明硅石墨層間以成鍵方式結(jié)合。雙壁和多壁硅納米管模型的單點(diǎn)能計算表明，其管間距在2.1埃到3.2埃之間時，管間

3、結(jié)合能較大，有利于納米管的穩(wěn)定，這一結(jié)果與報導(dǎo)的多壁硅納米管管間距實測值基本吻合。雙壁扶手椅型硅納米管垂直管軸方向的平面內(nèi)原子分布不均勻，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后，管間較強(qiáng)的成鍵作用使能量降低的同時也使圓周結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形；而雙壁鋸齒型硅納米管垂直于管軸方向的平面內(nèi)原子分布較均勻，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后趨于保持較好的圓周結(jié)構(gòu)。多壁硅納米管均呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。 對半導(dǎo)體性質(zhì)的鋸齒型硅納米管進(jìn)行摻雜，在單胞納米管管壁處摻雜一個雜質(zhì)原子，P、Al原子摻雜使