硅掺杂碳纳米管的第一原理研究

付志雄，毕冬梅

(长春大学 理学院，长春 130022)

硅掺杂碳纳米管的第一原理研究

付志雄，毕冬梅

(长春大学 理学院，长春 130022)

采用密度泛函理论研究了纯(5，5)碳纳米管和硅掺杂(5，5)碳纳米管的几何结构和电子结构，计算了硅掺杂后碳纳米管局部结构的变化、硅掺杂碳纳米管的形成能和表面的电荷分布，以及硅原子掺杂前后碳纳米管的差分电荷密度。研究结果表明硅原子掺杂对碳纳米管的结构影响很大，硅原子与碳原子形成化学键，引起碳纳米管上电荷重新分布，引起电荷转移。

碳纳米管;掺杂;第一原理

0 引言

1991年，日本NEC公司基础研究室的电子显微镜专家Iijima在检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时首次发现了碳纳米管(CNT)［1］。碳纳米管是将单层或多层石墨围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝圆柱状壳层结构。碳纳米管具有优异的力学性能、电学性能和光学性能，在众多领域存在着潜在的应用前景［2］。

目前，研究掺杂碳纳米管的电学特性是碳纳米材料的一大热点，随着碳纳米管合成工艺技术的发展，各种类型的掺杂碳纳米管已经被合成出来［3］。在碳纳米管的六边形周期性点阵中引入其它原子，可以有效地改善碳纳米管的物理和化学性能，使其各种应用更加容易实现。硅原子是最常用的掺杂剂，随着实验技术的发展，硅掺杂碳纳米管已经被合成出来［4］。硅原子以取代的方式掺入碳纳米管，碳纳米管通过掺杂的硅原子可以与外界的原子或分子反应，从而提高碳纳米管的化学反应活性。……