锯齿型碳纳米管的结构衍生及电子特性∗

刘雅楠 路俊哲 祝恒江 唐宇超 林响 刘晶 王婷

(新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 830054)

锯齿型碳纳米管的结构衍生及电子特性∗

刘雅楠 路俊哲 祝恒江†唐宇超 林响 刘晶 王婷

(新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 830054)

(2017年1月13日收到;2017年2月18日收到修改稿)

利用密度泛函理论研究锯齿型单、双壁碳纳米管从核到管状团簇直至纳米管的逐层结构衍生.研究结果表明五边形结构在管状团簇生长中发挥关键作用.此外,基于管状团簇的研究,运用周期性边界条件得到锯齿型单、双壁碳纳米管,并通过计算能带和态密度研究其电子特性.对单壁(n,0)和双壁(n,0)@(2n,0)碳纳米管,当n=3q(q为整数)时,具有金属或窄带隙半导体特性;n̸3q时,具有较宽带隙半导体特性,且带隙随管径的增加而减小.然而,小管径碳纳米管受曲率效应的明显影响,n̸3q的(4,0),(4,0)@(8,0)和(5,0)@(10,0)均呈现金属性;n=3q的(6,0)@(12,0)则表现出明显的半导体特性.

锯齿型碳纳米管,结构衍生,电子特性

1 引 言

1991年,日本科学家Ijima［1]在电子显微镜下发现碳纳米管(carbon nanotube,CNTs),它是一种以C—C键结合形成六边形蜂窝状骨架结构的管状碳分子［2−4].CNTs极高的长径比使其具有优越的物理、化学、电磁学等性能［5−8],这使它在高强度复合材料［9,10]、太阳能电池［11,12]、光学器件［13,14]等领域得到广泛应用.另外,CNTs在碳基电子学［15−19]等新兴领域也有着巨大的潜在应用前景.已有的研究结果表明［20−25]:CNTs的电子特性对其结构具有很大的依赖性.因此,CNTs批量、高纯度结构可控制备是实现其广泛实际应用的前提条件.

迄……