单壁纳米管电学性质的理论研究

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ｈｅＴＺｔｙｐｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｂａｎｄｇａｐｗｉｔｈｈｅｔｓｔｒａｉｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｄｕｃｔｏｒｎｄａｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒａｒｅｆｏｕｎｄｉｎｈｅｔＣｎ，０）ＳＷＣＮＴｓ．
源自文库
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＣ（ｎ，０）ｓｉｎｇｌｅｗｌｌａｎａｎｏｔｕｂｅｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｏｎｅ山ｉｒｄｏｆｈｅｔＣ（ｎ，０）ｎａｎｏｔｕｂｅｓａｒｅｍｅｔａｌｌｉｃ，山ｅｏｈｅｔｒｔｗｏｔｈｉｒｄｓ
ＶａｌｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
・１７１・
单壁纳米管电学性质的理论研究
Ａｂ－ｉｎｉｔｉｏＳｔｕｄｉｅｓｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳｉｎｇｌｅＷａｌｌＮａｎｏｔｕｂｅｓ
张立云ＺＨＡＮＧＬｉ — ｙｕｎ；康慧珍ＫＡＮＧＨｕｉ－ｚｈｅｎ；顾学文ＧＵＸｕｅ — ｗｅｎ
（军事交通学院基础部，天津３００１６１）
（ＢａｓｉｃＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＴｔａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６１，Ｃｈｉｎａ）
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．
关键词：碳纳米管；电子结构；杨氏模量
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｔｕｂｅ；ｅｌｅｃｔｏｎｒｏｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｙｏｕｎｇＳｍｏｄｕｌｕｓ
中图分类号：０４８２．４
摘要：本文用第一性原理中的Ｈａｒｔｒｅｅ — Ｆｏｃｋ近似方法对单壁碳纳米管的电子结构进行了计算：首先计算了其能带结构，得出单壁
碳纳米管中约有１，３的Ｃ（ｎ，０）管呈现金属性导电性，另外２／３的Ｃ（ｎ，０）管为带隙约ｌｅＶ的半导体管；然后计算了一些Ｃ（ｎ，０）管在轴向形变下电子结构的变化，得出单壁Ｃ（ｎ，０）管的带隙随形变呈ｚ字形变化，其中伴随有半导体和导体之间的相互转化；最后计算了碳纳米管的电子结构对杨氏模量的影响，计算说明杨氏模量Ｙ的大小不仅与其几何结构（管径、管型）有关，也与其电子结构（金属性、
ａｒｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈａｂｏｕｔｌｅＶｂａｎｄｇａｐ．Ｔｈｅｎ，ｈｅｔｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｏｍｅＣｎ，ｏ）ｔｕｂｅｓｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒａｘｉａｌｓｔｒａｉｎａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｙｏｕｎｇＳｍｏｄｕｌｕｓｏｆＣｎａｎｏｔｕｂｅｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｙｏｕｎｇｓｍｏｄｕｌｕｓｄｅｐｅｎｄｏｎｎｏｔｏｎｌｙｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｕｔａｌｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６ — ４３１１（２０１５）２３ — ０１７１－０３
０引言为带隙约ｌｅＶ的半导体管；计算了某些Ｃ管在轴向形变 ’ 碳纳米管是日本科学家Ｉｉｊｉｍａ在通过石墨电弧法制下电子带隙的变化，得出单壁Ｃ（ｎ，０）管的带隙随轴向形备Ｃ ∞的过程中，从阴极沉积物中发现了大量直径在纳米变呈ｚ字形变化，其中伴随有半导体和导体之间的相互转量级的中空螺旋形碳管，Ｉｉｊｉｍａ将其命名为碳纳米管【１］。碳化ｉ最后计算了碳纳米管的电子结构对杨氏模量的影响，纳米管一般两端封闭，直径在几纳米到几十纳米之间，长计算说明杨氏模量Ｙ的大小不仅与其几何结构（管径、管度可达到数微米，是一种新型的准一维纳米材料。碳纳米型）有关，也与其电子结构（金属性、非金属性）有关。管由于具有独特的结构和众多新颖的物理性能，如独特的Ｈａｒｔｒｅｅ — Ｆｏｃｋ近似的计算结果比其它理论方法的结金属或半导体导电性、极高的力学强度、储氢能力、吸附能果更符合实验值【８＇９１，充分显示了第一性原理的优越性；同力和较强的微波吸收能力等，因此一经发现变成为当今碳时提出单壁碳纳米管的杨氏模量不仅与其几何结构有关，
非金属性）有关
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄＣｎａｎｏｔｕｂｅｓａｌｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙ山ｅａｂ — ｉｎｉｔｉｏｐａｃｋａｇｅＣＲＹｓＴＡＬ一０３．Ｆｉｒｓｔｌｙ．ｔｈｅｂａｎｄ