DFT研究硼氮一碳纳米管的特性
碳纳米管的特点
碳纳米管的特点
碳纳米管是由碳原子形成的细长管状结构，直径只有几纳米到几十
纳米，长度则可以达到数百微米。
它具有众多的特点，使得它成为当
今最受关注的材料之一。
首先，碳纳米管是一种非常强硬的材料。
其强度超过了钢铁，是同等
质量的钢材的100倍。
这种强度源于碳纳米管中的键结构。
碳原子之
间的键具有非常强的共价作用力，使得碳纳米管能够承受非常大的拉
力和压力。
其次，碳纳米管是一种非常轻的材料。
以直径1纳米的碳纳米管为例，它的质量只有钢铁的1/6，玻璃的1/3。
这种轻巧的特点使得碳纳米管
具有很好的可塑性和可加工性。
另外，碳纳米管是一种非常好的电导材料。
由于碳原子之间的键结构，碳纳米管能够有效地传导电子。
这种电导特性使得碳纳米管在电子学
领域具有广泛的应用前景，例如可制造出非常小型化的电子元件。
此外，碳纳米管还具有非常好的导热性能。
由于它的结构和电导特性，碳纳米管不仅可以传导电子，还可以传导热量。
这种特性使得碳纳米
管成为热管理材料的理想选择。
最后，碳纳米管还具有非常好的吸气和吸附能力。
由于其纳米尺度的
孔隙结构和大比表面积，碳纳米管能够吸附和存储气体、液体等物质。
这种特性使得碳纳米管在能源存储、环保等领域有着广泛的应用前景。
总之，碳纳米管具有强硬、轻巧、导电、导热以及吸附等众多的特点，使得它在诸多领域都具有广泛的应用前景。
随着新一代材料技术的发展，碳纳米管将会得到越来越广泛和深入的应用。
dft碳纳米管能带结构
dft碳纳米管能带结构碳纳米管是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，它在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用潜力。
其中，碳纳米管的能带结构是其性质和应用的重要基础之一。
碳纳米管的能带结构可以通过dft（密度泛函理论）进行计算和研究。
dft是一种基于量子力学的计算方法，可以描述和解释材料的电子结构和性质。
通过dft计算，可以得到碳纳米管的能带图，即描述材料能量和电子运动状态的图像。
碳纳米管的能带结构与其几何结构和原子排列密切相关。
碳纳米管由碳原子以六角形排列形成，可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种形式。
单壁碳纳米管由一个碳原子层卷曲而成，而多壁碳纳米管则由多个碳原子层叠加而成。
不同形式的碳纳米管具有不同的能带结构和性质。
对于单壁碳纳米管来说，由于其结构的特殊性，其能带结构呈现出分离的能级。
在能带图中，可以观察到由于碳原子的sp2杂化，产生了特殊的带隙结构。
具体而言，单壁碳纳米管的能带图中，有一些能带完全填充，称为价带，而有一些能带完全空缺，称为导带，两者之间存在一个能量间隙，称为带隙。
这种能带结构决定了单壁碳纳米管的导电性和光学性质。
多壁碳纳米管的能带结构与单壁碳纳米管有些不同，由于多层碳原子的叠加，会导致能带的交叉和重叠，形成多个带隙。
这种能带结构使得多壁碳纳米管具有更加复杂的电子传输和导电性质，也为其在纳米电子器件和能源材料中的应用提供了更多的可能性。
碳纳米管的能带结构是其独特性质和应用潜力的重要基础之一。
通过dft计算和研究，我们可以深入理解和探索碳纳米管的能带结构，进一步揭示其电子结构和传输性质，为其在纳米科技和材料科学领域的应用提供理论基础和指导。
碳纳米管研究报告
碳纳米管研究报告碳纳米管是一种新兴的材料，它既具有高强度又有超强的耐腐蚀性，在未来将会发挥重要作用。
本文将结合碳纳米管的化学特性、力学性能、电学性能和生物医学应用，对它进行深入研究，旨在发掘它的潜力，未来能够更好地应用它。
一、碳纳米管的化学特性碳纳米管具有较高的碳氧化物结构，具有超强的耐腐蚀性。
其表面具有一定的电荷，这可以改变它的生物活性，增加其作为纳米材料的有效性。
此外，还有一些碳氧化物，如碳酸钙等，具有很好的附着力，对于不同的应用有着不同的功能。
二、碳纳米管的力学性能碳纳米管有着优异的力学性能，其弹性模量的大小可以根据其结构而定，它们有着非常高的抗弯强度，抗拉强度比钢材还要高，耐磨性也比钢材高。
同时，它们还具有很强的抗冲击能力，甚至在超高温下也能保持一定的强度。
三、碳纳米管的电学性能碳纳米管也具有优异的电学性能，其电阻率极低，可以大大提高电子材料的效率；其容量也极高，约为石墨烯4倍，能够有效地储存电能。
此外，它们还具有良好的导电性，可以抑制电路的失效，这在电子制造领域有重要作用。
四、碳纳米管的生物医学应用碳纳米管也可用于生物医学领域。
由于它们具有超强的耐腐蚀性及其高强度，可以用来制造医疗设备、改善人体组织修复治疗效果等。
另外，它们还可以用于基因治疗，具有增强免疫力的功效；用于抗癌药物的药物载体，以最大程度地抑制癌细胞的生长；在细胞快速传输信号的实验中，用于提高和优化实验效果等。
以上就是碳纳米管的一些特性和应用。
综上所述，碳纳米管有着较高的力学性能、超强的耐腐蚀性和良好的电学性能，以及众多生物医学应用，拥有着前所未有的潜力及应用前景。
未来需要加强对它的研究，进一步开发其功能，以及制定更好的应用方式，以期达到最佳效果。
氮化硼纳米管与碳纳米管的异同
氮化硼纳米管与碳纳米管的异同氮化硼纳米管和碳纳米管都是纳米材料的一种，它们在材料性质、制备方法、应用领域等方面有着一定的异同。
首先来看两种纳米管的相同点。
氮化硼纳米管和碳纳米管都是直径在纳米级尺寸范围内，长度可达数十微米以上的纳米管状材料。
它们的直径通常在1-100纳米之间，比普通的材料更加细小，因此具有很大的比表面积。
由于纳米管的特殊结构和尺寸效应，具有许多优异的性能，比如高比表面积、高强度、良好的导电性和导热性等。
因此，氮化硼纳米管和碳纳米管都具有很强的应用潜力。
其次，我们来看两种纳米管的异同点。
在材料性质方面，氮化硼纳米管是由氮化硼原子构成的纳米管，具有很高的硬度和热导率，同时还具有优异的化学稳定性和电学性能。
碳纳米管则是由碳原子构成的纳米管，具有优异的力学性能和导电性能，同时也具有很高的化学稳定性。
因此，氮化硼纳米管和碳纳米管在某些性能方面有相似之处，但在其他方面又有着明显的差异。
在制备方法方面，氮化硼纳米管的制备相对较为困难，目前主要通过化学气相沉积、化学气相沉积等方法来制备。
而碳纳米管的制备方法比较多样，主要包括电弧放电法、化学气相沉积法、化学汽相沉积法等多种方法。
因此，制备氮化硼纳米管相对来说更为困难，技术要求更高。
在应用领域方面，氮化硼纳米管和碳纳米管也有着各自的特点。
氮化硼纳米管由于其优异的硬度和导电性能，在纳米材料增强复合材料、导热材料、电子器件等领域都有着广泛的应用。
而碳纳米管由于其优异的力学性能和导电性能，被广泛应用于材料强化、导电材料、催化剂载体等领域。
综上所述，氮化硼纳米管和碳纳米管虽然在材料性质、制备方法、应用领域等方面有着一定的异同，但都具有很强的应用潜力。
随着纳米技术的不断发展，相信这两种纳米管在未来将有着更广泛的应用和发展。
归纳并总结碳纳米管的特性
归纳并总结碳纳米管的特性碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米级管状结构材料，具有独特的物理、化学和电学特性。
它们在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
本文将归纳并总结碳纳米管的特性，以便更好地理解和利用这一材料。
1. 结构特性碳纳米管的基本结构由碳原子以六角形排列形成，呈现出类似于由一个或多个碳层卷曲而成的管状形态。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）两种类型。
单壁碳纳米管由单层碳原子构成，而多壁碳纳米管则包含多个同心管状结构。
2. 尺寸特性碳纳米管的直径通常在1纳米至100纳米之间，长度可以从几十纳米到数微米不等。
其长度和直径比例的不同决定了碳纳米管的形态，如长棒状、管状或扁平形状。
3. 机械特性碳纳米管具有出色的力学性能，其强度和刚度是其他材料无法比拟的。
研究表明，碳纳米管的弹性模量和拉伸强度分别可以达到1000 GPa和100 GPa以上。
此外，碳纳米管还具有极高的柔韧性和耐久性。
4. 热学特性碳纳米管的热导率非常高，比钻石和铜等传统材料还要高。
这是由于碳纳米管的晶格结构和电子结构的特殊性质所决定的。
同时，碳纳米管还表现出优异的热稳定性和低热膨胀系数，使其在微电子器件的散热和封装方面具有广泛的应用潜力。
5. 电学特性碳纳米管是一种半导体材料，具有优良的电学性能。
SWCNT的导电性可分为金属和半导体两种类型，而MWCNT通常是半导体性质。
此外，碳纳米管还表现出高载流子迁移率、低电子散射率等优异特性，这使得其在纳米电子学领域具有重要的应用前景。
6. 光学特性由于碳纳米管具有一维结构和特殊的色散关系，使得其显示出独特的光学性质。
碳纳米管对可见光和红外光有很强的吸收和发射能力，具有广泛的应用潜力，如太阳能电池、光电器件和传感器等。
7. 化学特性碳纳米管具有高度的化学稳定性，能耐受高温、强酸和强碱等条件。
这使得碳纳米管可以在各种工业和科学领域中得到应用，如催化剂、储氢材料、吸附剂和纳米复合材料等。
Bor 氮掺杂的单壁碳纳米管的NH3与NO2探测器...
硼或氮掺杂的单壁碳纳米管的NH3与NO2探测器的理论研究摘要氨气与二氧化氮在硼或氮掺杂的单壁碳纳米管的吸附特性已通过密度函数计算的方式来研究它在气体传感器方面的应用前景。
氨气只有在硼掺杂的碳纳米管拥有合适的电荷转移时才能被吸收。
所以硼掺杂的碳纳米管可以成为氨气的探测器。
硼和氮掺杂都可以实现碳纳米管的二氧化氮吸收，但是二氧化氮对于硼的束缚力过于强壮，导致气体传感器的恢复时间不合适。
由于中等的（最佳的）吸附能以及伴随着碳纳米管和气体分子之间的电荷转移的电导率下降，氮掺杂的碳纳米管作为二氧化氮检测器颇为有前景。
1介绍基于首创的[1，2]研究，碳纳米管（CNTs）被认为是检测有毒气体和其他气体的合适对象，例如氨气，二氧化氮以及O2 [3–7。
即使在低浓度下，气体的化学吸收作用可以通过气体和碳纳米管之间的电荷转移改变碳纳米管的电导率，近期在分离共存的材料[8–15]的金属和碳纳米管方面有了令人欣喜的成果将进一步发展碳纳米管场发射的应用，例如气体检测器等。
然而，近期的研究证明，碳纳米管对氧气[2]的电导率的敏感归结于碳纳米管与金属在电子层面的接触[16]，或者是残存contaminant例如钠和催化剂粒子的影响[17]。
以氨气为例，碳纳米管只有在水蒸气存在时才对氨化物气体敏感，说明氨水溶液（代替单纯氨气）改变了碳纳米管的电导率[16,18]。
这一点已经被其他的实验和理论研究所支持：，的氨气只会周期性的通过范德瓦尔斯力的作用吸附在纯净的碳纳米管上。
这种作用导致了几乎没有电荷转移以及能带变化，并且显然不会改变碳纳米管的电导率[19,20]。
类似的，二氧化氮也是轻微的的被作用于大于(10, 0)的单阱碳纳米管（直径约为0.79nm）而且管子和二氧化氮之间的电荷转移也可以被忽略[21–24]，根据最新的泛函数理论（DFT）的研究，仅仅通过变化本征的碳纳米管的电导率很难检测到二氧化氮和氨气，其他变化是很有必要的，例如，碳纳米管的电容对化学气体有很高的敏感度，可以被当作是合适的化学检测器的基础[25]。
碳纳米管材料的性质与应用
碳纳米管材料的性质与应用碳纳米管是一种由碳元素构成的纳米结构材料，其具有很高的强度、导电性和导热性能。
自从1991年由日本学者发现后，碳纳米管便引起了科学界的广泛关注，成为了材料科学领域的热点研究方向之一。
本文将介绍碳纳米管的性质和应用。
一、碳纳米管的性质1.1 碳纳米管的结构碳纳米管是一种由碳原子构成的微观管状结构，其形状可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。
单壁碳纳米管由单个碳原子层卷曲形成，直径一般在1~2纳米左右，而多壁碳纳米管则由多个碳原子层卷曲而成，直径可以在数纳米到数十纳米之间。
1.2 碳纳米管的力学性能碳纳米管具有很高的力学性能，其弹性模量和屈服强度比传统材料高出几倍甚至几十倍。
由于碳纳米管的直径和壁厚均非常小，因此在发生变形时可以克服大量的应力，从而具有很高的弯曲和扭曲韧性。
1.3 碳纳米管的电子性能碳纳米管具有很好的电学性能，其电导率比传统的铜、铝等金属还要高出数十倍。
同时，碳纳米管也是一种半导体材料，在不同的电场和温度下，其导电性能可以发生显著变化。
此外，碳纳米管的电子输运性质与其几何和结构特征密切相关。
二、碳纳米管的应用2.1 碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管具有很高的导电性和导热性能，因此可以用作导电、导热材料，例如，可以将碳纳米管添加到锂离子电池正极材料中来提高电池的性能，或将其作为热界面材料用于高性能散热器等的制造。
2.2 碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管不仅具有高强度和高弹性模量，其力学性能还可以受到温度、形状和其它表面效应的影响，因此可以用于制造高性能复合材料、聚合物纤维增强材料等。
同时，碳纳米管还可以用于提高材料的阻隔性能，例如，可以将碳纳米管添加到聚合物基体中来制造高性能包装材料和过滤材料等。
2.3 碳纳米管在生物医学领域的应用由于碳纳米管的生物相容性和表面化学性质的特殊性，其在生物医学领域也具有广泛的应用前景。
例如，可以将碳纳米管作为药物输送体，将药物通过碳纳米管输送到人体内部，从而提高药物的生物利用度和疗效。
dft碳纳米管能带结构 -回复
dft碳纳米管能带结构-回复什么是dft碳纳米管能带结构？DFT（密度泛函理论）是一种计算材料性质的理论方法，它基于量子力学的基本原理，通过计算电子的波函数密度分布来描述材料的性质。
碳纳米管则是由碳原子通过特定方式排列形成的一维材料，具有独特的电子和力学性质。
碳纳米管的能带结构，即能量与动量之间的关系，是研究其电子特性的重要内容。
在DFT中，碳纳米管的能带结构可以通过计算材料的电子能带图来获得。
电子能带图是描述材料中电子能量分布的图像，其中水平轴表示电子的动量，垂直轴代表能量。
该图像的曲线描述了材料中不同能量状态的电子数量。
首先，计算dft碳纳米管能带结构的第一步是建立系统的几何结构。
碳纳米管的结构可以通过理论计算或者实验技术获得。
在理论计算中，通常采用分子动力学模拟等方法来得到碳纳米管的几何信息。
在实验中，可以通过透射电子显微镜（TEM）或扫描隧道显微镜（STM）等技术来观察碳纳米管的结构。
其次，利用建立的几何结构，根据DFT的基本原理，构建能带计算模型并进行计算。
在DFT计算中，需要考虑材料中的电子-电子相互作用、电子-原子相互作用和局域密度近似等因素。
通过数值求解Kohn-Sham方程，可以得到碳纳米管中电子的波函数密度分布。
然后，根据计算得到的电子波函数，可以计算碳纳米管的能带结构。
这可以通过定量确定能带图中包括导带、价带和禁带等特征能级。
导带是能量最高的能带，用于描述电子的导电性质；价带是能量最低的能带，用于描述电子的价电性质；禁带是导带和价带之间的能隙，用于描述材料的绝缘特性或者半导体特性。
最后，通过能带图分析，我们可以得到碳纳米管的电子性质。
具体来说，能带之间的间隔和形状可以揭示碳纳米管的导电性、光电性和磁性等特性。
例如，当禁带宽度很小或者为零时，材料表现出金属特性，可以传导电流；当禁带宽度很大时，材料表现出绝缘特性，不能传导电流；当禁带宽度介于两者之间时，材料表现出半导体特性，在一定条件下能够传导电流。
碳纳米管的特性和应用
碳纳米管的特性和应用碳纳米管(Carbon Nanotubes)是由一层碳原子螺旋结构组成的纳米材料，是继全球领先材料硅半导体之后，最具有应用前景和研究价值的纳米材料之一。
它的结构独特，具有众多突出的优异特性，广泛应用于众多领域。
一.碳纳米管的特性1.独特的力学性能碳纳米管比强度高达100倍，比弹性模量也高达1Tpa，其储能密度甚至比铁高出14倍。
由于具有先进的力学性能，碳纳米管得以满足机械，电气等方面多样化需求的细微尺寸抗压性骨架。
2.巨大的电子输运特性碳纳米管是一种优异的电子输运材料，其电导率接近理论值，并具有较好的场效应特性，比金属导线的传输速度快，能耗低。
其特有的电学和光学性能，可以被广泛应用于电子学、纳米电子学、分子电子学及其与纳米材料、纳米生物医学的耦合等领域。
3.优秀的导热性碳纳米管具有优异的导热性能，其导热系数高达3,000W/mK，在能量传输方面表现的更优。
由于其高导热性能，碳纳米管可以广泛应用于海量数据中的快速计算机芯片，电子器件等领域。
4.独有的光学性能碳纳米管的特有光学性能，可以被广泛用于纳米材料和光电器件，纳米显微学和生物医学成像领域。
其长寿命和单色性有助于提高荧光和Raman信号的稳定性和可重复性。
二.碳纳米管的应用1.电子器件领域由于碳纳米管具有优异的特性，所以能广泛应用于半导体行业、显示、光电和纳米电子等领域。
由于其电流密度高、传输速度快、储存空间大，可以作为替代摩尔定律的新型半导体材料。
2.生物医学领域碳纳米管已经应用于药物传递，癌症疗法，组织工程，生物传感器，成像，分离技术，等领域。
由于其分子分辨率和强化荧光能力，可以作为一种检测和治疗疾病的原材料。
3.材料科学领域由于其独特的结构和物理性质，碳纳米管可以在材料领域中应用。
它们可以用作增强材料，提高塑料和金属的强度和硬度。
碳纳米管还可以被用作电池电极的电介质，具有提高能量密度的特性。
4.环保领域碳纳米管的应用也可以被用于环保领域。
碳纳米管的研究和应用
碳纳米管的研究和应用碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有极高的导热和导电性、强度和轻量化等优异性能，近年来已成为纳米材料研究领域的热点话题。
本文将简要介绍碳纳米管的性质特点、制备方法以及它们在电子学、医学和能源等方面的应用。
一、碳纳米管的性质特点碳纳米管具有许多独特的性质特点，这些性质使得它们在许多领域有着广泛的应用前景。
首先是碳纳米管的导热和导电性能极高，比铜的导电性能还要好。
理论上，碳纳米管的电阻率可以达到金属的1/1000，而且能够在室温下运输电子。
这些性能几乎没有与之相媲美的材料。
其次是碳纳米管的强度极高。
碳纳米管中的碳原子排列方式可以形成类似鸟巢的纳米空腔结构，使得碳纳米管的刚度和强度远高于其他材料。
利用碳纳米管可以制备出超级强度复合材料，提高材料的强度和耐磨性能。
最后是碳纳米管的轻量化特性。
碳纳米管的质量只有同等体积下石墨材料的1/6，而且具有高表面积和大的空气孔隙结构，与其他材料相比有着更强的吸附和催化作用，因此有着良好的吸附分离和催化性能。
二、碳纳米管的制备方法碳纳米管有多种制备方法，包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等。
其中，化学气相沉积法是目前应用最为普遍的一种制备方法。
化学气相沉积法是通过在高温下将碳源气体转化为碳纳米管的方法。
一般来说，碳源气体为甲烷、乙烯或乙炔等。
通过控制反应条件，可以制备出长度、直径、数量、结构等不同的碳纳米管。
与其他制备方法相比，化学气相沉积法具有制备出高质量、大量、结构比较规则的碳纳米管的优点。
三、碳纳米管的应用碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用，以下仅列出其中的几个方面。
1. 电子学碳纳米管具有优越的导电性能和热导性能，被认为是下一代电子学元器件的有力竞争者。
碳纳米管可以作为场效应晶体管、热电元件、透明电极等电子元件，还可以应用于柔性电子、纳米电池等领域。
2. 医学碳纳米管可以作为药物输送载体，具有较大的表面积和大量表面官能团，能够帮助药物靶向传输和细胞内吸收。
碳纳米管材料的性能与应用研究
碳纳米管材料的性能与应用研究碳纳米管是一种由碳原子组成的纳米材料，具有独特的结构和优异的性能，因此在材料科学和纳米技术领域备受关注。
本文将介绍碳纳米管材料的性能特点以及其在不同领域的应用研究。
首先，碳纳米管具有良好的力学性能。
由于其内部结构由碳原子构成，每个碳原子都与其他三个碳原子形成共价键，使得碳纳米管具有很强的强度和刚度。
研究发现，碳纳米管的弯曲强度可以达到几十GPa，比钢铁还要高。
这种强度使得碳纳米管成为一种理想的增强材料，可以用来制备高强度的复合材料或纤维。
另外，碳纳米管还表现出优异的导电性能。
由于碳原子的sp2杂化导致碳纳米管中存在着类似金属的π电子共轭体系，因此碳纳米管具有良好的电导率。
研究发现，碳纳米管的电导率可达到几千S/cm，甚至高于铜和铝。
这种优秀的导电性能使得碳纳米管成为一种理想的电子器件材料，可以用来制备高性能的电子设备，如场效应晶体管和集成电路。
除此之外，碳纳米管还具有良好的热导性能。
碳纳米管内部碳原子之间的共价键能有效地传递热量，因此具有很高的热导率。
研究表明，碳纳米管的热导率可达到几千W/m·K，高于金属银和铜。
这种优异的热导性能使得碳纳米管成为一种理想的热管理材料，可以应用于电子设备散热和热界面材料等领域。
除了上述性能特点外，碳纳米管还具有其他一些独特的性质。
例如，碳纳米管具有良好的光学透过性，可以应用于光电器件和显示技术。
此外，碳纳米管还表现出良好的化学稳定性和生物相容性，使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。
在实际应用方面，碳纳米管已经在多个领域取得了重要进展。
在材料领域，碳纳米管被广泛应用于制备高性能的复合材料和纤维。
例如，通过将碳纳米管与聚合物和金属基体复合，可以制备出具有高强度和高导电性能的复合材料。
在电子领域，碳纳米管已经被用于制备高性能的场效应晶体管和超高密度集成电路。
此外，碳纳米管还可以用于制备柔性电子器件和透明导电膜等新型电子材料。
在能源领域，碳纳米管被研究用于制备超级电容器和锂离子电池等高性能储能材料。
碳纳米管的材料特性及其应用研究
碳纳米管的材料特性及其应用研究碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的管状结构，其直径在纳米级别，长度可以达到数十微米甚至数毫米。
由于碳纳米管具有独特的结构和优秀的物理和化学性质，因此在纳米科技、材料科学、电子学、光学等多个领域得到广泛的应用和研究。
碳纳米管的主要材料特性包括以下几个方面：1. 强度和刚度高：碳纳米管是一种非常坚固和坚硬的材料，其比强度可以达到任何已知材料之中最高的水平。
这使得碳纳米管可以被用于制造非常轻巧但又非常强的材料，例如航天器、高速火车、运动器材等。
2. 电和热导率高：碳纳米管具有非常好的电和热导性能，在某些情况下可以达到比铜和铝更好的水平。
这种特性使得碳纳米管可以被用于研制新型的电子器件、传感器、热电材料等。
3. 柔性和弯曲性能：碳纳米管具有非常好的柔性和弯曲性能，可以在一定范围内弯曲而不会被破坏或损坏。
这种特性使得碳纳米管可以应用于柔性电子学和柔性电池等领域。
4. 化学稳定性高：碳纳米管对大多数化学物质都具有良好的稳定性，可以在多种酸、碱和有机溶剂中稳定存在。
这种特性使得碳纳米管可以被用于各种化学传感器、催化剂等领域。
5. 显微镜下可见：由于碳纳米管的直径是纳米级别的，因此可以通过透射电子显微镜或扫描电子显微镜来观察和研究其结构和性质。
这使得碳纳米管的研究和应用更加方便和准确。
除了以上几个特性外，碳纳米管还具有其他一些特性，例如荧光性、阻隔性、吸附能力等。
这些特性使得碳纳米管可以被用于各种领域，例如生物医学、环境保护、能源储存等。
在生物医学方面，碳纳米管可以被用于制造新型的药物传输载体、生物传感器、癌症治疗等。
由于碳纳米管具有较小的外径和高的药物负载能力，因此可以将其作为药物传递的载体，达到针对性、长效性和减少毒副作用等目的。
在环境保护方面，碳纳米管可以被用于制造高效的污水过滤材料、气体清洁材料等。
由于碳纳米管具有较小的直径和高的表面积，因此可以通过调控其孔径和表面性质来实现对不同类型污染物的选择性吸附和去除，达到高效、低成本和环保的目的。
碳纳米管的性质及应用
碳纳米管的性质及应用
碳纳米管是一种纳米级别的碳材料，由一个或多个由碳原子组成的空心管柱构成。
它具有许多独特的特性，如高比表面积、高机械强度、优异的导电性和热导性、化学稳定性等。
因此，碳纳米管在许多领域都有广泛的应用。
首先，碳纳米管在电子学和纳米电子学领域有着巨大的潜力。
由于碳纳米管具有独特的导电性质，因此可以用于电子元件的制造。
碳纳米管场效应晶体管是一个典型的应用，它由碳纳米管作为电子通道和栅极的构件组成。
此外，碳纳米管也可以用作电极材料或电子电导线。
其次，碳纳米管在化学和生物领域也有广泛的应用。
碳纳米管的化学稳定性和高比表面积使它们成为优秀的催化剂和吸附剂。
此外，碳纳米管具有良好的生物兼容性和穿透性，可以用于生物探测、药物传递和组织工程等应用。
例如，碳纳米管可以用作药物导入的载体，抗癌药物可以被包裹在碳纳米管中，以提高生物利用度和有效性。
另外，碳纳米管还可以应用于能量储存和转换领域。
由于其高比表面积和高电导率，碳纳米管可以用作超级电容器和锂离子电池的电极材料。
此外，碳纳米管还可以用作太阳能电池的透明电极或催化剂。
综上所述，碳纳米管具有广泛的应用前景，包括电子学、纳米电子学、化学和生物领域以及能量储存和转换领域等。
因此，碳纳米管在未来的研究和应用中具有
重要的地位。
碳纳米管的物理性质研究
碳纳米管的物理性质研究碳纳米管是一种由碳原子构成的管状结构，具有特别的物理性质。
它的直径一般在纳米级别，而长度则可以在微米级别。
因为其形状和尺寸具有特别的特点，所以在不同的领域都有广泛的应用。
本文将介绍碳纳米管的物理性质，以及它们在纳米电子学、纳米机器人等领域中的应用。
碳纳米管的结构和物理性质碳纳米管由碳原子通过形成六边形的轮廓连接而成，可以是单壁结构或多壁结构。
单壁碳纳米管由一个单独的碳层组成，而多壁碳纳米管则由多个碳层堆叠而成。
碳纳米管的直径一般在数纳米到几十纳米之间，而长度可以从几微米到数百微米不等。
碳纳米管的物理性质非常独特，其导电性、力学特性和光学性质等都表现出了很好的性能。
碳纳米管的导电性非常好，可以达到金属导体的水平。
在碳纳米管的外壳上施加磁场可以导致电子在管内形成稳定的电子态。
碳纳米管的强度非常高，可以承受高压和高温的环境，并且不容易变形或断裂。
因此，碳纳米管适用于高强度纳米机器人和精细电子器件等领域。
此外，碳纳米管的光学性质也非常特殊。
由于其几何形状和电子结构的独特组合，碳纳米管在紫外到近红外的光谱范围内具有很好的吸收和发射性质。
此外，碳纳米管的荧光特性也特别突出，可以用于生物和医药领域的标记和探测。
碳纳米管在纳米电子学中的应用在纳米电子学领域，碳纳米管由于其优越的导电性能和微尺度结构，在电子器件中具有良好的应用前景。
因为这种材料的宽带隙、电子传输和互连性能非常好，所以可以用于制造非常小的晶体管和电荷耦合器件。
此外，碳纳米管由于其输运特性的可控性和稳定性，可以用于开发分子电子学和储存器件等领域的应用。
碳纳米管在纳米机器人中的应用碳纳米管的力学性能非常好，其高强度和形状稳定性使其成为制造纳米机器人的理想材料。
由于碳纳米管的直径和长度可以控制，因此可以制造各种形状和尺寸的纳米机器人。
这些纳米机器人可以通过碳纳米管上的运动控制器来实现移动和操作。
此外，碳纳米管还可以用于制造纳米液压系统和纳米运输管道等设备。
氮化硼纳米管电子结构调控及其气体分子吸附性能的理论研究
氮化硼纳米管电子结构调控及其气体分子吸附性能的理论研究氮化硼纳米管（BNNTs）作为一种新型纳米材料，具有出色的电子、结构和力学性质，并被广泛应用于各个领域。
在这个研究中，我们将探讨氮化硼纳米管的电子结构调控及其对气体分子吸附性能的影响。
首先，让我们来了解一下氮化硼纳米管的基本性质。
氮化硼纳米管是由氮原子和硼原子构成的，呈现出六边形网格状结构。
与碳纳米管相比，它具有更大的带隙和更强的化学惰性。
因此，氮化硼纳米管在电子器件和纳米传感器方面具有广泛的应用前景。
要理解氮化硼纳米管的电子结构调控，我们需要考虑到其尺寸、形状和晶格畸变等因素。
通过调节这些参数，可以调控氮化硼纳米管的带隙大小和能带结构。
例如，增大氮化硼纳米管的直径可以降低其能带宽度，从而减小带隙。
此外，引入晶格畸变可以改变氮化硼纳米管的电子结构，进一步调控其性能。
为了研究氮化硼纳米管的气体分子吸附性能，我们需要了解气体分子在纳米管内的吸附行为。
一种常见的方法是通过计算气体分子在氮化硼纳米管内的吸附能和吸附位点来评估其吸附性能。
较强的吸附能和稳定的吸附位点意味着更高的吸附能力。
此外，通过计算吸附能随着纳米管直径和形状的变化趋势，可以预测和优化氮化硼纳米管的吸附性能。
在我们的研究中，我们采用了密度泛函理论（DFT）进行模拟计算，研究了氮化硼纳米管的电子结构和气体分子吸附性能。
我们首先优化了氮化硼纳米管的结构，并计算了其带隙大小和能带结构。
然后，我们研究了气体分子在氮化硼纳米管内的吸附行为，包括吸附能和吸附位点。
通过调控氮化硼纳米管的尺寸、形状和晶格畸变，我们得出了氮化硼纳米管的电子结构调控和气体分子吸附性能之间的关系。
我们的结果表明，通过调节氮化硼纳米管的尺寸和晶格畸变，可以有效地调控其电子结构和气体分子吸附性能。
较小的纳米管和较大的晶格畸变可以增加氮化硼纳米管的吸附能力。
此外，我们还发现，氮化硼纳米管的带隙大小和能带结构对其气体分子吸附性能有着重要影响。
碳纳米管材料特征
碳纳米管材料特征碳纳米管材料特征：神奇的微观世界新宠嘿，朋友们！前几天我在家整理东西的时候，意外翻出了一本大学时的化学教材，一下子就勾起了我那些年在实验室里与各种材料打交道的回忆。
其中，让我印象特别深刻的就是碳纳米管材料，今天就来和大家好好聊聊它的特征。
首先，咱们来看看碳纳米管材料的几个主要特征。
第一个特征是它的高强度和高韧性。
这是怎么形成的呢？简单来说，碳纳米管的碳原子之间的化学键非常强大，就像一群团结紧密的小伙伴，手拉手组成了一个坚不可摧的队伍。
它的作用可大了，比如在制造航天器材的时候，能让那些部件更耐用，经得起太空环境的考验。
我曾经想象过，如果我的自行车用碳纳米管材料做车架，那估计骑个几十年都不会坏。
不过呢，它也有缺点。
由于强度过高，加工起来就特别困难，成本也随之升高。
再来说说它良好的导电性。
这是因为碳纳米管中电子能自由移动，就像在高速路上畅通无阻的汽车。
在实际应用中，它可以用于制造超级电容器，让我们的电子设备充电更快、续航更久。
但这也带来了一个小麻烦，就是在一些对导电性要求不那么高的场合，用它反而有点“大材小用”，不划算。
还有一个特征是出色的导热性。
这就好比它是热量的“快速通道”，能迅速把热量传递出去。
在电脑芯片的散热中，它可发挥了大作用，让我们的电脑运行更稳定，不卡顿。
不过呢，导热性太好也可能导致一些设备在高温环境下散热过快，影响正常工作。
接下来咱们聊聊碳纳米管材料的安全性和潜在问题。
在使用过程中，如果不小心吸入碳纳米管的粉尘，可能会对肺部造成损害。
就像灰尘进入肺部会让人不舒服一样，碳纳米管的小颗粒也可能带来麻烦。
而且，大规模生产碳纳米管材料时，还需要注意对环境的影响。
总结一下，碳纳米管材料有着高强度、高韧性、良好导电性和出色导热性这些令人惊叹的特征，但也存在加工困难、使用场合选择和安全环保等方面的问题。
那对于想要接触和使用碳纳米管材料的朋友，我有几个小建议。
如果你追求高性能和高品质，不在乎成本，那可以毫不犹豫地选择它。
硼氮共掺杂单壁碳纳米管电子特性研究
硼氮共掺杂单壁碳纳米管电子特性研究韦建卫;蒲利春;胡南;胡慧芳;曾晖;梁君武【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(000)009【摘要】基于第一性原理的密度泛函理论、结合非平衡格林函数方法，计算了硼氮共掺杂情况下单壁碳纳米管的电子结构和输运特性。
结果表明：单壁碳纳米管中进行硼氮共掺杂时，硼氮原子更趋向于形成沿管轴方向的硼氮原子对。
针对硼氮共掺杂电子效应，从电子结构、态密度、透射系数、电流-电压曲线等方面进行了系统地探讨。
硼氮原子对共掺杂显著提升了半导体性单壁管（10，0）的输运特性。
而对于金属型（5，5）管的掺杂使得其在小偏压区间内表现出明显的半导体特性。
【总页数】6页(P94-99)【作者】韦建卫;蒲利春;胡南;胡慧芳;曾晖;梁君武【作者单位】重庆理工大学光电信息学院,重庆400054;重庆理工大学光电信息学院,重庆400054;重庆理工大学光电信息学院,重庆400054;湖南大学物理与微电子学院,长沙410082;长江大学物理科学与技术学院,湖北荆州434023;玉林师范学院物理与信息科学系,广西玉林537000【正文语种】中文【中图分类】O469;O471.1【相关文献】1.硼氮共掺杂单壁碳纳米管电子特性研究 [J], 韦建卫;蒲利春;胡南;胡慧芳;曾晖;梁君武2.硼氮共掺杂碳纳米管水分子内表面吸附电子特性研究 [J], 韦建卫;曾晖;田永红;陶必松;于永兵;蔡安康;陈亚强3.硼氮双原子掺杂石墨烯电荷分布和电子特性的研究 [J], 杨忠志;李帅;朱怡静;刘爽4.硼、氮共掺杂金刚石的高温高压退火研究 [J], 陈宁;张国庆;徐刚;黄国锋;周振翔5.硼/氮共掺杂刀豆壳基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究 [J], 罗路;罗凌聪;邓剑平;陈婷婷;范毜仔;杜官本;赵伟刚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
氮化硼纳米带功能化碳纳米管的热自旋输运性质
氮化硼纳米带功能化碳纳米管的热自旋输运性质*肖佳勇1) 谭兴毅1)† 杨贝贝1) 任达华1) 左安友1) 傅华华2)1) (湖北民族大学信息工程学院, 恩施 445000)2) (华中科技大学物理学院, 武汉 430074)(2018 年11 月5日收到; 2018 年12 月9日收到修改稿)热自旋电子学器件结合了自旋电子学和热电子学各自的优点, 对人类可持续发展具有重要作用. 本文研究了锯齿形BN纳米带(ZBNRs)共价功能化碳纳米管(SWCNT)的电子结构, 发现ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT 为磁性半金属, n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT (n = 2—8)为磁性金属; n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT (n = 1—8)为双极化铁磁半导体; 4ZBNRs-B-(4, 4)SWCNT和4ZBNRs-N-(4, 4)SWCNT为磁性半金属, 4ZBNRs-B-(m, m)SWCNT (m = 5—9)为磁性金属; 4ZBNRs-N-(m, m)SWCNT (m = 5—9)为双极化铁磁半导体. 然后, 基于锯齿形BN纳米带共价功能化碳纳米管设计了新型热自旋电子学器件, 发现基于ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT 的器件具有热自旋过滤效应; 而8ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT和n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT (n = 1, 8)都存在自旋相关塞贝克效应. 这些发现表明BN纳米带功能化碳纳米管在热自旋电子学器件方面具有潜在的应用.关键词：热自旋电子学, 自旋相关塞贝克效应, 热自旋过滤效应PACS：73.22.–f, 71.15.Mb, 75.50.Dd, 85.75.–d DOI: 10.7498/aps.68.201819681 引 言热自旋电子学即研究电子自旋的热响应的学科, 主要利用热能产生和控制自旋流, 在低能耗器件以及新型热电转换技术上具有广阔的应用前景,因而备受关注. 该领域的里程碑式发现为自旋塞贝克效应(SSE)[1,2], 随后自旋塞贝克二极管(SSD)[3−5]和负微分自旋塞贝克效应(NDSSE)[6−9]的发现使其在实际应用方面成为可能. 最近, 从理论上预测了一些新的热自旋相关现象, 如自旋相关塞贝克效应(SDSE)、自旋相关塞贝克二极管(SDSD)[10,11],为热自旋电子学开辟了新的方向.碳基材料被认为是用于制备热自旋电子学器件的理想材料[12,13]. 最近几年, 相继报道了一些基于碳基纳米结构的热自旋电子学器件[14−21]; Zeng等[15−17]于2011年在外场磁化的锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)以及锯齿型纳米带异质结中均发现了SSE; Ni等[18]在锯齿型石墨烯纳米带异质结中不仅发现了完美的SSE, 同时还发现了热致庞磁阻效应(CMR); Li等[19]在石墨烯为电极的分子结中发现了SDSE; Liu等[20]在不同边缘缺陷的锯齿状石墨烯纳米带中发现了SDSE和SDSD; 本课题组在边缘氢化的扶手椅型石墨烯纳米带中也发现了SDSE和SDSD[21]. 然而, 由于石墨烯纳米带的机械性能弱, 在一个扭曲力或者面内压缩下很容易被扭曲, 从而限制了石墨烯纳米带的应用[22]. 另一方面, 由石墨烯纳米带卷曲形成的单壁碳纳米管也显示了多种热自旋电子学性质. Zeng等[23]在对部分氢化的单壁碳纳米管的自旋输运的研究中发现了SSE, 并伴有明显的奇偶效应. 但是, 部分氢化的碳纳米管很难制备. 因此, 寻找一种稳定且容易制备的碳基热自旋电子学材料仍然是一个挑战.幸运的是, 研究人员预测了一种石墨烯纳米带(GNRs)和碳纳米管(SWCNT)的复合结构, 即* 国家自然科学基金(批准号: 11864011)和湖北省自然科学基金(批准号: 2018CFB390)资助的课题.† 通信作者. E-mail: tanxy@© 2019 中国物理学会 Chinese Physical Society (m, m)SWCNT/n-ZGNR, 发现其具备稳定的结构且是一种拥有自旋的铁磁半导体[24,25]. 与此同时,已有人通过在铜箔上对功能化SWCNTs进行简单热处理而获得了一种石墨烯-纳米管复合结构[26,27].本课题组亦研究了(6, 6)SWCNT/n-ZGNR复合结构的热自旋输运性质, 发现该结构在热自旋电子学器件中具有潜在的应用[28]. 在碳基材料的启发下, 人们开始关注h-BN纳米片、BN纳米管以及BN纳米带(BNNRs). 比如, 边沿未饱和的BNNRs 为磁性金属这一结论在实验和理论中均得到了证实[29,30]. 由于锯齿型BNNRs(n-ZBNNRs)中, 边缘连接着N原子或B原子, 当边沿的B原子被H原子修饰时(n-ZBNNRs-BH), 其表现出有趣的半金属性[31−33]; 当边沿的B和N原子均被H原子修饰时(n-ZBNNRs-1H1H)转变为非磁性半导体. 既然BN纳米带具有上述有趣的性质, 那么如何利用BN纳米带调控碳基材料的电子结构是一个有意义的问题. 最近, 基于BNNRs和GNRs的复合结构被提出并成功制备[34−43]. Du等[34]发现扶手椅型C0.5(BN)0.5SWNTs是无隙半导体, 而锯齿型C0.5(BN)0.5SWNTs是窄禁带半导体. Zhu等[44]研究了BNNRs和GNRs复合结构的热自旋输运性质, 发现了自旋塞贝克效应和CMR效应. 然而, 基于BNNRs和SWNTs的复合结构的热自旋电子器件的研究很少, 其热自旋输运性质还不明确. 本文利用非平衡态格林函数结合第一性原理的方法研究了BN纳米带功能化碳纳米管的电子结构, 发现ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT为磁性半金属(N原子与碳纳米管链接), n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT为磁性金属(n为ZBNRs的宽度, n = 2—8); n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT为双极化半导体(B原子与碳纳米管链接, n为ZBNRs的宽度, n = 1—8). 然后, 基于BN纳米带功能化碳纳米管设计了新型热自旋电子学器件, 发现基于ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT的器件具有自旋过滤效应; 而8ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT和n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT (n = 1, 8)都存在自旋相关塞贝克效应. 这些发现表明BN纳米带功能化碳纳米在热自旋电子学器件方面具有潜在的应用.2 计算方法与模型n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT的复合结构如图1(a)所示; n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT的复合结构如图1(b)所示. 为研究BN纳米带功能化碳纳米管的热自旋输运性质, 设计了一个简单的热自旋电子∆T学器件, 如图1(c)所示. 从左至右依次为源极、中心散射区、漏极, 且源极温度为T L, 漏极温度为T R, 两极之间的温差为 = T L － T R.计算过程中, 使用ATK软件包进行原胞优化和电子结构计算, 选取双数值极化基组, 截断能为200 Ry. 芯电子选用规范守恒赝势来描述, 交换-关联函数选取Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)形式的广义梯度近似(GGA). 器件的自旋相关电流可由下述方程得出:式中e为电子电荷; h为普朗克常量; T L(R)为左(右)电极的温度. f L(R)(E, T L(R))为左(右)电极的平均费米-狄拉克分布, 定义式如下:µL(R)式中为左(右)电极的化学势; T↑(↓)(E)为自旋分量的输运系数, 其定义式为ΓL(R)式中G r(a)为推迟(超前)格林函数, 为左T L T R (a)(b)(c)图 1 (a) n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT结构; (b) n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT结构; (c)器件结构图; 图中灰色表示碳原子,黑色表示氢原子, 蓝色表示氮原子, 棕色表示硼原子Fig. 1. (a) Structure of n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT; (b) the structure of n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT; (c) the schematic illustration of the device. Gray, black, blue and brown balls indicate carbon, hydrogen, nitrogen and boron atoms, respectively.(右)电极的耦合矩阵.3 计算结果与讨论3.1 电子结构为研究BN 纳米带宽度对石墨烯纳米管电子结构的影响, 给出n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 两种复合结构在不同宽度(n )下的能带结构, 分别如图2和图3所示. 图中实线表示自旋向上的能带, 虚线表示自旋向下的能带, 费米能级设置在零能级处. 显然, 导带电子自旋向下, 价带电子自旋向上. 从图2可以看出,在n = 1—8时n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 呈现出铁磁态. 当n半导体特征, ZGNR-N-(6,n = 2—8时通道均穿过了费米能级, 因此, n ZGNR-N-(6,6)SWCNT(n = 2—8)均为金属性. 从图3可以看出, 在n = 1—8时n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 自旋向上和自旋向下能带劈裂, 同样具有铁磁性; 而且其自旋向上和自旋向下通道均具有半导体特征, 即在费米能级附近均出现了一条禁带, 因此n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 为双极化铁磁半导体, 表明该结构在自旋半导体方面具有潜在的应用.为研究纳米管半径对复合结构电子结构的影响, 给出4ZGNR-B-(m , m )SWCNT 和4ZGNR-N-(m , m )SWCNT (m = 4—9)两种复合结构的能带结构, 如图4以及图2(d), 图3(d)所示. 同样实线表示自旋向上的能带, 虚线表示自旋向下的能带, m =4—9E n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VnN-(m , m )SWCNT 均呈现出铁磁态. 当m = 4时(图4(a), 图4(g)), 自旋向上电子具有半导体特征,而自旋向下电子显示出金属特性, 故4ZGNR-B-(4, 4)SWCNT 和4ZGNR-B-(4, 4)SWCNT 的电子态都是半金属; 当m = 5—9时(图4(b)—(e)),4ZGNR-B-(m , m )SWCNT(m = 5—9)的自旋向上和自旋向下通道均穿过了费米能级, 因此均为金属性; 4ZGNR-N-(m , m )SWCNT(m = 5—9)的自旋向上和自旋向下通道均具有半导体特征, 即为双极化铁磁半导体. 此外, 还对BN 纳米带功能化锯齿形碳纳米管的电子结构进行了研究, 发现其为非磁性的半导体材料, 如图5所示.ρ↑+ρ↓ρ↑−ρ↓为解释上述能带结构产生的原因, 给出了n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 两种复合结构(以n = 1, 8为例)的电荷密度( )和自旋极化密度( )分布图(图6). 由图6可见, 由于N, C 和B 原子的电负性依次降低, 电子更趋向于占据N 原子位置, 使得复合结构的电荷密度主要分布在N 原子上, 同时C 原子有较少分布, 而B 原子没电荷分布, 如图6(a),(c), (e), (g)所示. n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 复合结构中, 由于N 原子电负性大于C 原子, 所以自旋极化密度分布在C 原子以及和碳纳米管相接的N 原子上, 而B 原子没分布, 如图6(b)和图6(d)所示; n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 复合结构中, B 原子的电负性小于C 原子, 因此自旋极化密度主要分布在C 原子上, 而B, N 原子均无分布, 如图6(f)和图6(h)所示. 上述分析说明N, C 和B 原子的电负性决定了复合结构的能带结构.为了研究n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 两种结构的热自旋输运性质, 并根据前面电子结构的讨论结果, 选取n = 1, 8为∆T ∆T(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-B-(6, 6)SWCN(n = 1,8)的热自旋电流(包括自旋向上的电流I up 和自旋向下的电流I dn )随T L 和 的变化曲线. 图7(a)为n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT(n = 1)时不同的 (分别为2, 4, 6 K)下热自旋电流随T L 的变化曲线, 显然器件存在一个门槛温度T th , 当T L 低于T th 时, 没有自旋电流产生; 当T L 高于T th 时, 自旋向上的电流(I up )随温度升高成线性增加, 而自∆T ∆T ∆T 滤效应. 图7(b)为n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT (n =1)时且T L 分别为200, 250, 300 K 时下热自旋电流随 的变化曲线, 发现在相同T L 情况下, 随着的增加, I up 线性增加, 而I dn 变化很小, 同样说明器件存在自旋过滤效应. 图7(c)为n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT (n = 8)时不同的 (分别为2, 4,6 K)下热自旋电流随T L 的变化曲线, 同样存在一个门槛温度T th , 当T L 低于T th 时, 没有自旋电流-1.0-0.500.51.0 Spin up Spin down-1.0-0.500.51.0-1.0-0.500.51.0-1.0-0.500.51.0(a)(b)(e)(f)(c)(d)(g)(h)Z ZE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e VE n e r g y /e V图 5 (a)—(d)分别为6ABNRs-(8, 0)SWCNT 的结构图, 其中(a), (b)结构中BN 与C 形成四边形, (c), (d)结构中BN 与C 形成六边形; (e), (f)为与之对应的能带结构图, 显然为非磁性半导体结构; (f), (h)为6ABNRs-(9, 0)SWCNT 的能带结构图, 同样呈现为半导体特征Fig. 5. (a)—(d) Structure of 6ABNRs-B-(8, 0)SWCNT: (a), (b) the carbon, nitrogen and boron atoms form a quadrilateral structure; (c), (d) the carbon, nitrogen and boron atoms form a hexagonal structure. Gray, white, black, blue and brown balls indicate carbon, hydrogen, nitrogen and boron atoms, respectively. (e), (f) The band structures of 6ABNRs-B-(8, 0)SWCNT. (g),(h) The band structures of 6ABNRs-B-(9, 0)SWCNT.(a)(b)(c)(d)(g)(h)(e)(f)图 6 n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT(n = 1, 8)的电荷密度和自旋极化密度分布图, 图中灰色表示碳原子,白色表示氢原子, 蓝色表示氮原子, 棕色表示硼原子Fig. 6. Electric densities and spin densities distribution of n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT (n = 1, 8). Gray,white, blue and brown balls indicate carbon, hydrogen, nitrogen, and boron atoms, respectively.∆T ∆T 产生; 当T L 高于T th 时, 自旋向上的电流(I up )和自旋向下的电流(I dn )随温度升高而线性增加, 说明器件中存在着自旋相关塞贝克效应. 为更进一步证明自旋相关塞贝克效应的存在, 还研究了该结构在T L 分别为200, 250, 300 K 时 对热自旋电流的影响, 如图7(d)所示, 发现随着 的增加,产生相反方向的I up 和I dn , 即说明器件存在自旋相∆T 关塞贝克效应. n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT(n = 1,8)热自旋电流随T L 和 的变化曲线如图7(e)−(h)所示, 可以看出热自旋电流随温度变化与n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT(n = 8)具有相似的规律, 说明器件中同样存在着明显的自旋相关塞贝克效应. 以上结果表明, BN 纳米带功能化碳纳米在低能耗热自旋电子学器件方面具有潜在的应用.∆T 图 7 自旋相关电流随T L 和 的变化曲线∆T /T L T L /∆T Fig. 7. Spin-dependent currents versus for some selected values of .为了进一步了解上述现象发生的机理, 给出了n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 和n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 两种器件在n = 1和8时的输运谱, 如图8所示. 众所周知, 电子通常分布在费米能级以上, 而空穴一般分布在费米能级以下. 随着温度的升高, 在费米能及以上会出现更多的电子, 同时在费米能级以下也将出现更多的空穴. 由于T L 高于T R , 导致左电极的电子和空穴浓度均高于右电极,即左右电极间存在电子和空穴的浓度梯度, 所以电子和空穴都将从左电极流向右电极, 从而形成负的电子流I e 和正的空穴流I h . 另一方面, 自旋极化电流还取决于系统的输运系数T ↑(↓)(E )和左右电极的费米-狄拉克分布, 所以当输运谱关于费米能级对称时, I e 和I h 会相互抵消, 从而导致只存在自旋流, 相应的电荷流I ch 为零. 从图8可以看出, 四个器件的输运谱均不关于费米能级对称, 故其电荷流I ch 均不为零.4 结 论利用密度泛函理论研究了复合结构n ZGNR-B-(m , m )SWCNT 和n ZGNR-N-(m , m )SWCNT∆T (n = 1—8, m = 4—9)的自旋极化能带结构, 发现当n = 1时, n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 为铁磁半金属;而当n = 2—8时, n ZGNR-B-(6, 6)SWCNT 为铁磁金属; 在n ZGNR-N-(6, 6)SWCNT 结构中, 不论n 取何值, 对应器件均为双极化铁磁半导体; 4ZBNRs-B-(4, 4)SWCNT, 4ZBNRs-N-(4, 4)SWCNT 为磁性半金属, 4ZBNRs-B-(m , m )SWCNT (m =5—9)为磁性金属; 4ZBNRs-N-(m , m )SWCNT (m =5—9)为双极化铁磁半导体. 然后, 探究了两种结构的在n = 1和8时的热自旋输运性质, 通过分析器件中热自旋电流随T L 和 的变化曲线, 发现了自旋过滤效应和自旋相关塞贝克效应. 最后, 为进一步了解自旋相关塞贝克效应的产生机理, 探讨了与之对应的器件输运谱, 发现器件中有电荷流的产生. 结果表明, n ZGNR-N-(m , m )SWCNT 和n ZGNR-B-(m , m )SWCNT 两种材料在热自旋电子学器件方面具有潜在的应用.参考文献U chida K, Takahashi S, Harii K, Leda J, Koshibae W, AndoK, Maekawa S, Saitoh E 2008 Nature 455 778[1]U chida K, Xiao J, Adachi H, Ohe J, Takahashi S, Leda J,[2]-1.0-0.500.5 1.0-0.50.51.01.52.0(a)(b)(c)(d)2.53.03.5T r a n s m i s s i o nT r a n s m i s s i o nT r a n s m i s s i o nT r a n s m i s s i o nf /eVf /eVf /eVf /eVSpin up Spin down-1.0-0.500.5 1.01234 Spin up Spin down-1.0-0.500.5 1.000.51.01.52.02.53.0Spin upSpin down-1.0-0.500.5 1.00.51.01.52.02.53.0 Spin up Spin downZGNR -B -(6,6)SWCNT8ZGNR -B -(6,6)SWCNT8ZGNR -N -(6,6)SWCNTZGNR -N -(6,6)SWCNT 图 8 器件输运谱图Fig. 8. Spin dependent transmission spectra for devices.Ota T, Kajiwara Y, Umezawa H, Kawai H, Bauer G E W, Maekawa S, Saitoh E 2009 Nat. Mater. 9 894E zawa M 2009 Eur. Phys. B 67 543[3]B orlenghi S, Wang W W, Fangohr H, Bergqvist L, Delin A2014 Phys. Rev. Lett. 112 047203[4]F u H H, Wu D D, Gu L, Wu M H, Wu R 2015 Phys. Rev. B92 045418[5]R en J 2013 Phys. Rev. B 88 220406(R)[6]R en J, Zhu J X 2013 Phys. Rev. B 87 241412(R)[7]F u H H, Gu L, Wu D D 2016 Phys. Chem. Chem. Phys. 1812742[8]R en J, Fransson J, Zhu J X 2014 Phys. Rev. B 89 214407 [9]W u D D, Liu Q B, Fu H H, Wu R 2017 Nanoscale 9 18334 [10]L iu Q B, Wu D D, Fu H H 2017 Phys. Chem. Chem. Phys. 19 27132[11]A vouris P, Chen Z, Perebeinos V 2007 Nat. Nanotechnol. 2605[12]N air R R, Blake P, Grigorenko A N, Novoselov K S, Booth T J, Stauber T, Peres N M R, Geim A K 2008 Science 320 1380[13]C ai J, Ruffieux P, Jaafar R, Bieri M, Braun T, BlankenburgS, Muoth M, Seitsonen A P, Saleh M, Feng X, Müllen K, Fasel R 2010 Nature 466 470[14]Z eng M G, Feng Y P, Liang G C 2011 Nano Lett. 11 1369 [15]Z eng M G, Shen L, Zhou M, Zhang C, Feng Y P 2011 Phys.Rev. B 83 115427[16]Z eng M, Feng Y, Liang G 2011 Appl. Phys. Lett. 99 123114 [17]N i Y, Yao K L, Fu H H, Gao G Y, Zhu S C, Wang S L 2013 Sci. Rep. 3 1380[18]L i J W, Wang B, Xu F M, Wei Y D, Wang J 2016 Phys.Rev. B 93 195426[19]L iu Q B, Wu D D, Fu H H 2017 Phys. Chem. Chem. Phys. 19 27132[20]T ang X Q, Ye X M, Tan X Y, Ren D H 2018 Sci. Rep. 8 927 [21]L ou P 2014 Phys. Status Solidi RRL 8 187[22]Z eng H L, Gou Y D, Yan X H, Zhou J 2017 Phys. Chem.[23]Chem. Phys. 19 21507T aylor J, Guo H, Wang J 2001 Phys. Rev. B 63 121104(R) [24]P adilha J E, Lima M P, Silva A J R D, Fazzio A 2011 Phys.Rev. B 84 113412[25]S oler J M, Artacho E, Gale J D, García A, Junquera J, Ordejón P, Sánchez-Portal D 2002 J. Phys.: Condens. Matter14 2745[26]P erdew J P, Wang Y 1992 Phys. Rev. B 46 12947[27]Y e X M, Tang X Q, Tan X Y, Ren D H 2018 Phys. Chem.Chem. Phys. 20 19424[28]Y ao K, Fu H 2012 Appl. Phys. Lett. 100 13502[29]W ang B G, Wang J, Gou H 2001 J. Phys. Soc. Jpn. 70 2645 [30]R ejec T, Ramsak A, Jefferson J H 2002 Phys. Rev. B 65 235301[31]B roido D A, Mingo N 2005 Phys. Rev. Lett. 95 096105[32]S aha K K, Markussen T, Thygesen K S, Nikolic B K 2011 Phys. Rev. B 84 041412(R)[33]D u A, Chen Y, Zhu Z, Lu G, Smith S C 2009 J. Am. Chem.Soc. 131 1682[34]D utta S, Manna A, Pati S 2009 Phys. Rev. Lett. 102 096601[35]H e J, Chen K Q, Fan Z Q, Tang L M, Hu W P 2010 Appl.Phys. Lett. 97 193305[36]T ang S, Cao Z 2010 Phys. Chem. Chem. Phys. 12 2313 [37]Y u Z, Hu M L, Zhang C X, He C Y, Sun L Z, Zhong J 2011 J. Phys. Chem. C 115 10836[38]L iu Y, Wu X, Zhao Y, Zeng X C, Yang J 2011 J. Phys.Chem. C 115 9442[39]W ang Y, Ding Y, Ni J 2012 J. Phys. Chem. C 116 5995 [40]T ang C, Kou L, Chen C 2012 Chem. Phys. Lett. 523 98[41]C hristenholz C L, ObenchainD A, Peebles R A, Peebles S A2014 J. Phys. Chem. C 118 16104[42]W angY, Li Y, Chen Z 2014 J. Phys. Chem. C 118 25051 [43]Z hu L, Li R, Yao K L 2017 Phys. Chem. Chem. Phys. 19 4085[44]Thermal spin transport properties in a hybrid structure of single-walled carbon nanotubes and zigzag-edgeboron nitride nanoribbons*Xiao Jia-Yong1) Tan Xing-Yi1)† Yang Bei-Bei1) Ren Da-Hua1)Zuo An-You1) Fu Hua-Hua2)1) (School of Information Engineering, Hubei University for Nationlities, Enshi 445000, China)2) (School of Physics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)( Received 5 November 2018; revised manuscript received 9 December 2018 )AbstractThe spin caloritronics device, because of the characteristics of spintronics and thermoelectronics, plays an important role in human sustainable development. A lot of spin caloritronic devices based carbon materials (such as graphene nanoribbons, carbon nanotubes) have been reported. However, there are few studies of the thermal spin transport properties in a hybrid structure of single-walled carbon nanotubes and zigzag-edge BN nanoribbons, and the thermal spin transport mechanism of this structure is still unclear. In this paper, using the nonequilibrium Green’s function (NEGF) combined with the first principle calculations, the electronic structures and the thermal spin transport properties of the zigzag edge BN nanoribbons functionalized single-walled carbon nanotubes are studied. It is shown that the ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT is a half-metal, while the n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT are magnetic metals (n = 2−8), and the n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT are bipolar magnetic semiconductors (n = 1−8). The 4ZBNRs-N-(4, 4)SWCNT and 4ZBNRs-B-(4, 4)SWCNT are half-metals, while the 4ZBNRs-B-(m, m)SWCNT (m = 5−9)are magnetic metals, and the 4ZBNRs-N-(m, m)SWCNT (m = 5−9) are bipolar magnetic semiconductors. Then, some novel spin caloritronicdevices are designed based on n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT and n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT (n = 1, 8). For the ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT, when the temperature of the left electrode is increased above a critical value, the thermal spin-up current then increases remarkably from zero. Meanwhile the thermal spin-down current remains approximately equal to zero in the entire temperature region, thus indicating the formation of a thermal spin filter. For the 8ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT and n ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT (n = 1, 8), when a temperature gradient is produced between two electrodes, the spin-up and spin-down currents are driven in the opposite directions, which indicates that the spin-dependent Seebeck effect (SDSE) appears. In order to obtain the fundamental mechanism of thermal spin filter effect and SDSE, the Landauer-Büttiker formalism is adopted. It is found that the currents (I up and I dn) mainly depend on two factors: 1)the transport coefficient; 2) the difference between the Fermi-Dirac distributions of the left and right electrode. Additionally, the electron current I e and the hole current I h will be generated when a temperature gradient is produced between the left and right lead. Furthermore, the I up and I dn have the opposite directions for the spin up transmission peaksbelow the Fermi level while they have the opposite directions for the spin down transmission peaks above the Fermi level in the transmission spectrum, which demonstrates the presence of the SDSE in the 8ZBNRs-B-(6, 6)SWCNT and n ZBNRs-N-(6, 6)SWCNT (n = 1, 8). Finally, the results indicate that n ZBNR-N-(m, m)SWCNT and n ZBNR-B-(m, m)SWCNT can have potential applications in thermospin electronic devices.Keywords: spin caloritronics, spin dependent Seebeck effect, thermal spin filterPACS: 73.22.–f, 71.15.Mb, 75.50.Dd, 85.75.–d DOI: 10.7498/aps.68.20181968* Project supportedby the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11864011) and the Natural Science Foundation of Hubei Province, China (Grant No. 2018CFB390).† Corresponding author. E-mail: tanxy@。
硼氮掺杂对碳纳米管氢吸附影响的第一性原理研究
第八届国际凝聚态理论与计算材料学会议，2009，刘源、姚洁硼氮掺杂对碳纳米管氢吸附影响的第一性原理研究刘源，高瑞玲，姚洁，缪灵（华中科技大学电子科学与技术系武汉 430074）摘要：基于密度泛函理论的第一性原理研究了硼氮掺杂对于单壁碳纳米管及石墨烯吸附氢的影响。
结果表明：考虑氢原子吸附时，掺硼或氮均增加杂质原子临近碳原子的吸附能，该现象在掺氮结构中尤其明显；掺氮对π键影响较大，而对δ键的影响较小，而掺硼有相反的效果。
在吸附氢分子的研究中，发现硼氮掺杂对吸附能影响不大。
关键词：碳纳米管，石墨烯，硼氮掺杂，吸附能，电子性质PACC: ：1. 引言近年来，碳纳米管因为其具有超导[15]、高Li储存能力[16]和选择性吸附气体[17-19]等特性而得到了广泛的关注。
它的这些特性得到了大量的理论和实验研究[1-20]。
其中，4 Å单壁碳纳米管是目前可以稳定制备的直径最小的单壁碳纳米管[14]，其潜在的优良储氢能力得到了深入的研究。
掺杂被认为是一种改变碳纳米管的物理和化学性质的有效手段[21-33]。
早年，Liu C. 等对Li和K掺杂的多壁碳纳米管进行了常温常压储氢实验。
D. Golberg 等在氮气氛中以1523 K至1623 K的温度热处理硼化氮掺杂的单壁碳纳米管，发现在反应温区，随着温度的下降，硼化氮掺杂的碳纳米管产出率增加。
目前，对于硼氮掺杂下碳纳米管储氢特性的研究并不是很充分。
Zhen Zhou等人于2005年计算了掺入硼氮后碳纳米管的吸附能与电子特性，但是，他们的工作并未对掺杂原子近邻碳原子吸氢能力的研究，而且他们的研究并未涉及一些管径比价小的碳纳米管。
因此在他们工作的基初上这里采用平面波超软赝势方法进一步研究了小直径单壁硼氮掺杂碳纳米管的储氢特性，特别对杂质原子近邻碳原子的特性进行了研究。
2. 物理模型与计算方法模型选取几种不同直径的单壁碳纳米管，以考察碳纳米管吸氢特性对管子直径的依赖关系,另外也构建了石墨烯的模型以考察这种极限下的情况。
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方 式 进 行 了计 算 模 拟 ，选 用 偶 数 缺 陷 模 型 ，认 为 ｚ ｉ ｇ ｚ ａ ｇ型 氮化硼 纳 米管 易形 成平 顶端 帽结构 、 而ａ ｒ ｌ ｒ ｌ 一
作者简介 ： 严 明（ １ ９ ７ 一） ， 男， 副教授。
俞 ２ ０ １ ３
建 农机
。 ＡＮ Ｎ ＯＮＧ Ｊ Ｉ
用自 旋限制性开壳层 的从头计算的 Ｈ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ — Ｆ ｏ ｃ ｋ波函数计算方法对（ Ｂ Ｎ ） ２ Ｃ ４ 纳米管和 Ｂ Ｎ Ｃ ： 纳米管进行能量和 几何结构的最优化，并用 密度泛 函理论 的梯度正交换相关泛 函方法在较高的轨道基组上得到了它们的电子态 分布和成键 电子分布数据 ； 计算垂直跃迁 ， 得到 了激发态的能量 ， 获取 Ｒ ａ ｍａ ｎ光谱 ； 研 究讨论 了掺入一点比例
的硼 氮对碳 纳米 管 导 电性 的影响 。
关键词 ： （ Ｂ Ｎ ） ２ Ｃ ４ 纳米管； Ｂ Ｎ Ｃ ２ 纳米管 ； 拉曼光谱； Ｄ Ｆ Ｔ
白Ｓ ． Ｉ Ｏ ｉ ｍａ发现 了碳 纳 米 管（ Ｃ ＮＴ ｓ ） 以来 ， 人 们 发
现碳 纳米 管 具有独 特 的 导 电性 和力 学性 质 ， 并在 分 子 器件 和复 合材 料等 领 域具有 潜 在应 用前 景 ， 因此 ， 作
进 行 了理 论计 算 ， 发 现其 电子 结构 和碳 纳米 管 非常 类
具有 相似尺 寸的平 面 网格层 状 结构 ， 而且 与 石墨 都 是
等 电子 的 化 合 物 。 １ ９ ９ ５年 美 国 的 Ｎａ ｓ ｒ ｅ ｅ ｎ ． Ｇ． Ｃ ｈ ｏ ｐ ｒ ａ
等 人 用 等离 子 体 辉 光放 电 的方 法 首 次合 成 了硼 氮 纳 米 管（ Ｂ ＮＮＴ ｓ ） ， 在 纳 米 科 学 方 面 又 开 辟 了一 个 新 的
纳 米 管 的硼 氮 纳米 管 ，而且 硼氮 纳米 管 的 能隙很 大 ， 大约是 ５ ． ５ ｅ Ｖ， 几 乎 和 它 的 结构 无 关 ， 因 此硼 氮 纳 米 管 的导 电性 很 差 ， 是典 型 的绝 缘体 。Ｈａ ｎ等人 采 用碳 纳 米 管置 换 反应 方 法 ， 为 控 制硼 ． 碳． 氮 纳米 管 的化
领域 。 理 论上 预期 ｈ ． Ｂ Ｎ 通过 卷 曲也能 形成 类似 于碳
似， 即其 亚 电子 间 同时 具有 ｓ ｐ ｚ 和ｓ ｐ 杂化， 并指 出氮
化硼 纳米 Biblioteka 为 宽禁 带半 导体材 料 。 Ｍｅ ｎ ｏ ｎ等用 普适 性 紧束缚态分子动力学方法 （ ＧＴ Ｂ ＭＤ）对 ｚ ｉ ｇ ｚ ａ ｇ型 、 ａ ｒ ｍｃ ｈ ａ ｉ ｒ 型、 ｃ ｈ ｉ ｒ ａ ｌ 型 氮 化 硼 纳 米 管 的端 口采 用 封 闭
学 组 成 提 供 了 可 能 ， 可 以制 备 Ｂ ｘ Ｃ ． ｘ 、 Ｃ — Ｂ Ｎ— Ｃ、
Ｂ ） （ Ｃ 舆Ｙ Ｎ 和Ｂ Ｎ等 纳米 管 ， 并且产 率不 受 限制 。初 步 的研 究发 现 ， 硼一 碳一 氮 纳米 管在 保 持 石 墨 网状 管 壁
的前提 下 ， 其 电子 结构 特 性仅 与 组 成 有 关 ， 而 与管 径 无 关 ，与原 来纯碳 纳米 管和 纯硼氮 纳 米 管差 异甚 大 ， 其 能 隙 宽度 可通 过 硼 、 碳、 氮 在 管 中 的配 比而得 到 调
能。
头计 算方 法 或紧束 缚 法计 算碳 纳米 管 的 电子 结 构 ， 给 出了各种 碳 纳米 管 的能带 结构 。结 果表 明， 碳纳 米 管
的 能 隙（ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙｇ ａ ｐ ， Ｅ ｇ ） 与 它 的 管径 及 螺 旋 结构 有 关 ， 管径 及螺 旋度 由手 性 矢量所 决 定 。 对 一般（ 凡 ， ｍ） 碳 纳
为一 种准 一 维纳米 材 料 ， 碳 纳米 管成 为世 界 范 围 内物
理学、 化 学和 材料 学界 的研 究 热 点。
１ 纳 米 管 研 究现 状
对碳 纳米 管进 行研 究 ， 基于 量子 力 学第 一性 的从
节 ，即 可 以人 为 调 控 硼 一 碳一 氮 纳 米 管 的半 导 体 性
研 究 与探 索
２ ０ １ ３
第３ 期 。
Ｄ Ｆ Ｔ研 究硼氮一 碳 纳米 管的特性
严 明 （ 福州 职 业技术 学 院 ， 福建 福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ） 摘 要： 从 实验和 理 论 两个 方 面 对碳 纳 米 管 、 硼 氮纳 米 管 以及 硼 氮 一 碳 纳米 管 的研 究现 状进 行 了描述 ， 采
用 结 合时 ， 可 形成 六 方氮 化硼 （ ｈ — Ｂ Ｎ） ， 氮 化硼 与 石 墨
前 只有少 量报 道 ， 其 研 究深度 落后 于实 验研 究 。 Ｒ ｕ ｂ ｉ ｏ 和Ｂ ｌ ａ ｓ ６ Ｘ分 别 用 半经 验 紧束 缚近 似 （ Ｔ Ｂ） 和密 度 泛 函 下局 域密 度近 似（ ＤＦ Ｔ — Ｌ ＤＡ） 近 似对 氮化 硼纳 米 管
大 的困难 ， 因此 关于 氮硼 纳米 管 的理论 研 究工作 到 目
米 管， 当（ ｎ ． ｍ） 为 ３的 整 数倍 时 ， 碳 纳 米 管 呈现 金 属
导 电性 ； 当（ ｎ ． ｍ） 不 是 ３的整 数 倍 时 ， 碳 纳 米 管 呈 现
半 导体 性 。 碳 在周 期表 中最邻近 的元素硼 和 氮相 互作
基 于量 子 力 学第 一 性 的 ａ ｂ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ和 Ｄ Ｆ Ｔ计 算 模 拟 方法 ， 己经 成为新 材 料设计 和特 性研 究 的主 要手 段 之 一 ，这 种计 算 技 术 不仅 能够 优化 和 确 定材 料 的结 构， 而 且可 以预 测和 验 证 材料 的特 性 ， 与 实验 研 究 一 起推 动 了新 型材料 的研 制和应 用 。 由于氮 硼纳 米管 的 大 直径 、 周 期 性 和 多原 子 特 征 ， 给 理论 研 究 带来 了较