一維硼碳納米結構及其性質的研究

《一維硼碳納米結構及其性質的研究》是依託清華大學，由倪軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：一維硼碳納米結構及其性質的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：倪軍
• 項目類別：面上項目

項目摘要

一維納米結構是當今納米科學研究的熱點。碳和硼納米結構具有類似的結構特徵和豐富的性質，在納米器件套用中具有突出的優勢。硼和碳的一維納米結構具有尺寸敏感的電子性質，而通過硼碳組份和尺寸的變化和剪裁，可能產生優異性能的納米量子器件。本項目的研究目標是通過對於一維硼碳納米結構及其性質的計算，預言新型的硼碳納米結構。我們將深入研究不同硼組分下，有序的硼原子分布對於硼碳納米結構及物理性質的影響，邊界受限和封閉受限等不同受限情況下對於納米管、納米帶的穩定性及電子性質的影響。預言硼碳納米管和納米帶穩定結構及隨組分、尺寸和手征性的變化規律。發展對於硼碳納米結構的雙中心鍵和多中心鍵組合的有效模型，並且能夠描述其摻雜吸附後的物理性質。了解硼和碳原子的不同活性對於摻雜和吸附的選擇性影響，預測硼碳納米結構作為性能優異的低維光電子材料、磁性半導體的可能性。為發展新型納米材料和器件提供物理模型和理論預言。

結題摘要

碳和硼納米結構具有類似的結構特徵和豐富的性質，在納米器件套用中具有突出的優勢。硼和碳的納米結構具有尺寸敏感的電子性質，而通過硼碳組份和尺寸的變化和剪裁，可能產生優異性能的納米量子器件。在本項目的研究中，我們發現採用鈣和鋰原子在硼碳納米結構上吸附，解決了儲氫時金屬原子的抱團問題。利用鈣和鋰吸附後的硼碳平面做儲氫材料，氫質量百分比在8wt%和10wt%以上，氫分子平均結合能在0.2-0.6eV之間。鈣和鋰吸附後的硼碳平面是理想的儲氫材料。我們研究氫化硼碳平面的電子性質，發現通過逐步氫化，會出現了半導體―半導體―金屬轉變。氫化硼碳體系可以提供間接帶隙半導體、直接帶隙半導體和金屬三種不同性質的物性轉變。我們發現所有的半氫化的硼碳納米麵都是半金屬，並且在室溫下是穩定的。我們發現BC3中替代摻雜Fe，Co和Ni具有很好的穩定性並能夠有效地調節納米結構的電子與磁性質。我們發現通過改變原子缺陷可以使得BC3體系出現穩定的磁性金屬、磁性半導體、無磁的半導體性質。我們研究發現含拓撲線缺陷石墨烯納米帶中的半金屬性以及石墨表面一維擴展晶界在費米能級附近的平的能帶。以上研究表明硼碳納米結構能夠成為性能優異的低維光電子材料、磁性半導體。