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1、西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文ZnO納米管的第一性原理研究專業(yè)：材料物理與化學(xué)碩士生：雷哲鋒指導(dǎo)教師：王發(fā)展??教授摘要氧化鋅(ZnO)是一種特殊的金屬氧化物，具有較寬的帶隙(3.37eV)和較大激子結(jié)合能(60meV)，并具有良好的近紫外散射、透明傳導(dǎo)性能、壓電性能、生物適應(yīng)性等,將成為人類最重要的功能材料之一。近年來相關(guān)理論和數(shù)值算法的飛速發(fā)展,使得基于密度泛函理論的第一性原理方法在凝聚態(tài)物理、量子化學(xué)和材料科學(xué)中得到非常廣泛的應(yīng)用。本論文應(yīng)用MaterialsStudio5.5第一性原理軟件的Castep模塊以及Gulp模塊,研究了ZnO納米管的電子
2、結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能的摻雜機(jī)理以及P-型摻雜改性等,主要工作如下：l、采用基于密度泛函理論(Densityfunctionaltheory)的計(jì)算方法,研究了n=4,6,9的鋸齒型(n,0)ZnO單壁納米管的電子結(jié)構(gòu),結(jié)果表明：鋸齒型ZnO單壁納米管是一種直接寬禁帶半導(dǎo)體,其能隙隨著橫截面的增大而小量增大,并分析了鋸齒型單壁納米管的核外電子分布圖;2、采用熱蒸發(fā)法制備得到摻Cd含量為3.3at%的ZnO納米管,室溫光致發(fā)光譜(PL)顯示,由于Cd的摻入,ZnCdO納米管的紫外近帶邊發(fā)射(UVNBE)從純ZnO的3.26eV紅移到3.20eV附近。應(yīng)用基于密度泛
3、函理論的計(jì)算方法,研究了鋸齒型（9,0）ZnMO(M=Cd,Mg)單壁納米管的電子結(jié)構(gòu)。分析發(fā)現(xiàn)Cd摻雜ZnO納米管能隙值的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合良好,能隙值隨著摻雜量增加逐漸減小,出現(xiàn)紅移;而Mg摻雜納米管則不同,能帶變化沒有規(guī)律性;3、研究了ZnO納米管的P-型摻雜改性機(jī)理。采用基于密度泛函理論的計(jì)算方法,系列的研究了鋸齒型（9,0）ZnO單壁納米管、Li,N分別摻雜以及Li-2N共摻雜的ZnO納米管的能帶結(jié)構(gòu)、總體態(tài)密度、分波態(tài)密度。分析發(fā)現(xiàn)雖然Li原子單獨(dú)摻雜不會(huì)對(duì)納米管能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響,但是Li-2N共摻雜比N單獨(dú)摻雜ZnO納米管的結(jié)構(gòu)更加
4、穩(wěn)定,而且是p型簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。本論文得到下列課題的支持：陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào):2011J2009)關(guān)鍵詞：ZnO;第一性原理;納米管;電子結(jié)構(gòu);摻雜論文類型：基礎(chǔ)研究西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文First-principlesstudyonZnOnanotubesSpecialty:MaterialsPhysicsandChemistryName:LeiZhe-FengInstructor:Prof.WangFazhanAbstractZincoxideisanespecialkindofmetaloxides,whichhaswide
5、bandgap(3.37eV)andlargeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperature.Furthermore,becauseofthegoodnearlyultravioletscattering,transparentconductionperformance,piezoelectricproperties,biocompatibility,etc.,ZnOwouldbeoneofthemostimportantfunctionmaterials.Forthepastfewyears,withthera
6、piddevelopmentofrelatedtheoryandnumericalalgorithm,theapplicationofFirst-principlesmethodincondensedmatterphysics,quantumchemicalandmaterialssciencebasedonDFT(DensityFunctionalTheory)becamediffusely.ByusingtheCastepmoduleandGulpmoduleofthesoftwarenamedMaterialsStudio5.5,wehavestu
7、diedelectronicstructure,luminouspropertydopingmechanism,P-typedopingofZnOnanotubes.Themainworkisasfollows:l.Theelectronicstructuresofthezigzagsingle-wallZnOnanotubeshavebeencalculatedbyfirst-principlesapproachbasedonthedensityfunctionaltheory.Thecalculatedresultsindicatethatthezi
8、gzagsingle-wallZnOnanotubeisadirectbandg
