石墨烯的電場效應及不同濃度的氫吸咐研究.pdf

1、自2004年在實驗中成功制備出石墨烯以來，由于其具有特殊的物理和化學性質，因此在復合材料、電子元件和晶體管、傳感器、太陽能電池、吸附劑等方面都有廣泛的應用前景。
　　石墨烯是碳原子以六邊形形式排列的超薄片狀納米材料，其厚度僅有碳原子大小，是到現(xiàn)階段為止世界上已知的最薄、最堅硬的物質，它接近全透明，且電阻率與其他材料相比較低，電子遷移速度也相對較快。本文主要是利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法的CASTEP軟件包，采用模守恒贗

2、勢和超胞模型，系統(tǒng)地研究石墨烯納米帶的電場效應以及石墨烯吸附不同濃度的氫原子的色散曲線和聲子振動譜。具體完成的工作如下:
　　首先，利用第一性原理計算含有三個或四個Z型碳鏈的超窄石墨烯納米帶的電場效應，其導電機制隨所加的垂直電場的改變而變化。在電場效應下，超窄石墨烯納米帶的最高價帶與寬型石墨烯納米帶類似，而最低導帶卻有兩種情況:自旋退化和自旋劈裂，這兩種最低導帶在量子空間是獨立的。隨著電場強度的增加，導電機制由最低導帶的自旋退化轉

3、化成自旋劈裂。利用LDA和GGA泛函可以得到相同的理論結果，在實際計算中LDA和GGA通常都低估帶隙，而利用GGA計算得到的帶隙比LDA大。
　　其次，利用密度泛函微擾理論計算不同氫原子覆蓋度下石墨烯的聲子色散曲線和聲子振動譜。根據(jù)聲子色散曲線以及聲子態(tài)密度的特征頻率可以識別氫原子的覆蓋度。由氫原子的化學性質可知，氫原子在石墨烯上最穩(wěn)定的吸附位是碳原子正上方，即頂位。隨著氫原子覆蓋度的降低，高頻特征頻率值逐漸增大，振動強度逐漸減小

4、，最后趨于無限大石墨烯吸附單個氫原子的情形。當覆蓋度為50％時，由于氫原子間的相互作用強，使石墨烯的晶格結構發(fā)生大的形變，破壞了原有對稱性，改變了石墨烯的本征振動模式，出現(xiàn)了兩支高頻特征振動頻率，這是超高覆蓋度的特征。當覆蓋度降低時，石墨烯自身結構沒有大的形變，本征對稱性基本保持不變，于是雙特征頻率恢復簡并，雙特征峰變成單特征峰。這一理論預言可以幫助指導實驗中對石墨烯上氫原子覆蓋度的測量和表征。
　　最后，在附錄部分我們基于第一性