碳结合性能和电性能的第一性原理计算开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

目的:以此次将利用第一性原理方法,研究石墨烯纳米片和金属电极所构成的分子器件的输运性质,特别是对电子特性以及能隙变化进行计算分析。由于2d 石墨烯是无带隙的半金属,这严重限制了它的电子学应用,对于石墨烯的未来半导体技术的实际应用,它的带隙应是灵活可调的有限值[1][2],这就提出了一个问题:如何将石墨烯功能化并使其产生丰富的带隙?

意义:由于完整石墨烯平面内 π 轨道的存在,电子可以在晶体中移动,这就使得石墨烯具有卓越的电子传输性能,可被广泛应用于超导材料。石墨烯系统有着无与伦比的高电子迁移率,比目前广泛使用的半导体硅的电子迁移率还要高出两个数量级。由于其独特的电子结构以及大的比表面积,研究证明石墨烯具有很强的场发射能力,随后的研究进一步证明了石墨烯复合材料是很好的场发射材料[3]。通过第一性原理对石墨烯纳米电子特性及能隙变化的计算分析,能够对石墨烯结构的多样性、电学性质的复杂性、去寻找和发现一些普遍的规律,由于现在的元器件效率是非常低的,所以如何利用结构更稳定、性能更优越的新型纳米功能材料来解决这些问题是令人期待的。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

随着计算机科学计算能力的持续増运用基于第一性原理密度泛函理论的计算软件来模拟计算石墨烯已成为了科学研究石墨烯的重要手段。石墨烯的理论研巧主要通过建立特殊结构的石墨烯模型,然后计算分析所建模型的特性[7][8]。基于石墨烯的低维纳米结构也被大家广泛关注。而石墨烯纳米带就是其中最为关注的结构之一。2d石墨烯不仅可以剪裁成1d石墨烯纳米带,而且还可以得到0d的纳米片,由于这种纳米片结构简单,电子特性突出,目前已得到广泛的研究[9][10]。纳米电子学的一个主要目标是通过在纳米尺度上利用独特的属性物质不断小型化器件大小。

1. 利用第一性原理方法,研究石墨烯纳米片和金属电极所构成的分子器件的输运性质,特别是对电子特性以及能隙变化进行计算分析

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3. 研究计划与安排

3.进度安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,确定方案,并翻译与本题目有关的外文文献;

第4-9周:研究物质结构的第一性原理的理论和计算技术,研究c元素的石墨烯基本结构究宏观电参数或力学参数和微观物理参数关系;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]陈琼阳. 新型碳量子点结构及纳米转角石墨烯结构的碳材料[d].浙江大学,2018.

[2]张铁柱. 石墨烯的结构调控及其电学和电化学性质研究[d].合肥工业大学,2018.

[3]李坤威,刘亚伟,张剑,游聪娅,田甜,张博,刘丹敏,陈爱兵,张永哲.石墨烯导热性能及其测试方法[j].化学通报,2017,80(07):603-610.

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