《納米結構中離域π電子和金屬的相互作用的計算模擬》是依託華中科技大學，由單斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米結構中離域π電子和金屬的相互作用的計算模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：單斌
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
並五苯、碳納米管、石墨烯和其它以碳為基礎的材料由於具有良好的力學和電學性質、成熟的製造工藝，被廣泛地運用在納米器件、儲能材料、清潔能源等領域。雖然這些納米結構的物理化學性質各有特點，但是其電子結構上的最大共性就是處於費米能級的離域π電子。這些π電子不僅和界面上的金屬原子形成共價鍵，而且也在電子疏運過程中起著重要作用，在很大程度上決定著納米器件的性能。目前，關於並五苯、碳納米管、石墨烯和金屬界面之間相互作用的研究非常的活躍，但是研究傾向於關注某些特定體系，而對π電子和金屬作用的系統全面的計算模擬工作非常少。我們將建立一個結合量子疏運和第一原理電子結構分析的模型，來闡述納米結構中的離域π電子和金屬界面之間的相互作用，並且總結概括這三種體系的共性和各自特點。離域π電子和金屬相互作用的理論研究，不僅可以加深對納米材料和金屬界面的理解，而且將幫助更好地將這些納米結構集成到電路中。
結題摘要
深入研究具有π電子體系的碳納米結構與金屬界面的相互作用，能夠幫助我們有效地理解納米電子體系的輸運機制並降低其在微納米電子器件及高性能積體電路中的接觸電阻。在眾多用於接觸電極的金屬中，我們根據與石墨烯的作用強弱可以將其分為兩大類：強吸附金屬和弱吸附金屬。在本課題中，我們全面地研究並總結了六種不同金屬（金，銀，銅，鉑，鈀和鎳）與石墨烯的不同接觸模型、邊緣活性、接觸面積、缺陷的結構、能量等性質以及這些因素對金屬-離域π電子體系的相互作用和其輸運性質的影響，發現與石墨烯形成強吸附的金屬電極由於能與石墨烯的π電子更有效地雜化耦合，具有較小的接觸電阻；通過改變傳統的金屬石墨烯接觸構型，我們發現使用三明治結構的金屬-石墨烯-金屬構型能增強弱吸附金屬電極與石墨烯的相互作用，從而調控電極接觸的輸運性質；我們還考慮了石墨烯電子器件中接觸區域的缺陷對整個器件接觸電阻的影響，發現石墨烯上的空位缺陷與未鈍化石墨烯邊緣類似，由於缺陷或邊緣的高活性懸鍵能有效地增強弱吸附金屬與石墨烯的耦合強度，從而減小接觸電阻。而對於強吸附金屬與石墨烯形成的電極來說，缺陷整個體系的接觸電阻影響不大。此外，我們還拓展研究了雜化碳納米管網狀結構與金屬鋰的相互作用及電子轉移等特性，探索了π電子體系在鋰離子電池電極材料以及儲氫領域的套用。
