密度泛函理论对石墨烯的研究

密度泛函理论对石墨烯的研究DensityFunctionalTheoryStudyonGraphene目录密度泛函理论和第一性原理简介文献研读石墨烯概况总结与展望第一性原理(FirstPrinciple)

根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理计算，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一性原理。第一性原理通常是跟计算联系在一起的，是指在进行计算的时候除了告诉程序你所使用的原子和他们的位置外，没有其它的实验的，经验的或者半经验的参量，且具有很好的移植性。密度泛函理论(DFT,DensityFunctionalTheory)

密度泛函理论是上个世纪60年代在Thomas-Fermi理论的基础上发展起来的量子理论的一种表述方式。传统的量子理论将波函数作为体系的基本物理量，而密度泛函理论则通过粒子密度来描述体系基态的物理性质。

密度泛函理论(DFT)作为处理非均匀相互作用多粒子体系的近似方法已经在计算凝聚态物理、计算材料科学和计算量子化学诸多领域取得巨大成功并获得广泛应用。ComputationExperimentTheoryScienceResearch计算机模拟已经与理论与实验并列，成为三种基本的科学研究手段之一Top500SupercomputersintheworldA“small”PCclustertodayFourordersofmagnitudein15years石墨烯的出现

石墨烯是sp2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料,在2004年,英国曼彻斯特大学两位物理学家Geim和Novoselov采用微机械剥离方法从石墨中获得了稳定存在的单层石墨烯,并发现石墨烯具有独特的电子能带结构,其导带和价带在倒空间狄拉克点相接,石墨烯的能带结构在费米能级附近呈线性关系.这一发现引起了国际科学界的广泛关注和重视,凭此,这两位科学家获得了2010年诺贝尔物理学奖.Graphene:amonolayeroftwo-dimensionalcarbonatoms石墨烯的优异性能

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，几乎完全透明，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m•K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V•s，比碳纳米管和硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω•m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。Siliconout,Graphenein?

RVanNoorden,

Nature

442,228(2006)

石墨烯的制备方法

石墨烯的制备方法还有溶剂热法、高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等，这些方法都不及上述四种方法普遍。

Densityfunctionalstudyonhydrogenationandnon-hydrogenationgraphenenanoribbon氢化与非氢化石墨烯纳米条带的密度泛函研究文献研读WhatareGraphenenanoribbons(GNR)?UnlimitedLimitedZigzagGNRs(ZGNR)UnlimitedLimitedArmchairGNR(AGNR)因graphenenanoribbon的边缘性质活泼极容易进行掺杂，一些官能团如NH2,OH,COOH等对条带电子和自旋性质有着显著影响，这些官能团边缘修饰的石墨烯纳米条带可形成功能器件。运用平衡分子动力学对于氢化石墨烯纳米条带的热导研究发现，氢化明显降低石墨烯纳米条带的热导。石墨烯条带的边缘结构对其性质有着决定性影响。对于纯条带或是其边缘的研究是非常重要的模型

选择了宽度N为8(垂直于条带延展方向由8条单碳链构成)的石墨烯纳米条带，对其进行边缘氢化研究。HANGR（氢饱和扶手形），PAGNR（无氢饱和扶手形），HZGNR（氢饱和锯齿形）和PZGNR（无氢饱和锯齿形）的超原胞模型如下图所示。计算方法

本文中的计算是建立在基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法上，运用的计算软件为VASP软件包。研究内容纳米条带的优化结构锯齿形条带自旋分布锯齿形条带的自旋极化电子结构氢化和非氢化扶手形条带能带结构石墨烯纳米条带的优化结构结果与讨论一维线性碳链属于sp杂化，人们依据其碳原子之间的结合方式将它分为两种类型:第一种类型，相邻的碳原子间以双键相结合(