《表面修飾對碳族納米材料結構和性能調控的理論研究》是依託華南理工大學，由楊小寶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：表面修飾對碳族納米材料結構和性能調控的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊小寶
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳族納米材料（主要包括碳、矽、鍺的單質及化合物）的結構形態多樣，性能優異，對其結構和性質的調控有重要的研究意義和套用價值。本項目是理論計算研究，我們擬採用隨機搜尋、結合第一原理方法研究不同表面修飾對碳族納米材料結構和性質的調製, 包括不同表面原子、基團修飾對體系形狀、表面、內部原子分布等的影響，以及對體系電子結構、光學性質的調控。內容包括：（1）根據體系的成鍵特性區分不等價結構，運用Wang-Landau方法使不等價結構被等幾率訪問到，為第一原理計算提供初始結構；（2）通過總能計算、結合化學勢相圖分析不同的表面修飾、溫度以及壓強等環境因素下的結構演化，確定碳族納米結構的結構細節和穩定存在需要的條件；（3）考慮不同雜質原子及其對應的缺陷能級，研究在不同表面修飾下體系結構穩定性和光學性能的演變，探討通過表面修飾、溫度等對結構的調製來實現對體系性質的調控，為基於碳族納米結構的功能材料設計提供理論依據。
結題摘要
本項目的研究的主要內容是表面修飾對碳族納米材料結構和性能調控，包括碳族量子點體系（sp3雜化）、石墨烯和富勒烯體系（sp2雜化）等。在研究碳納米體系過程中，我們發展了基於結構識別的高通量第一原理計算，並把相關方法推廣到硼納米材料的研究中。項目進展順利，基本完成申請書中的相應計畫，取得了較好的成果，具體如下： (1) 運用Wang-Landau方法研究了CSi量子點和SiGe量子點，發現表面H原子的化學勢以及C的化學勢對結構穩定性有重要的影響，可以改變體系的形狀和對稱性，從而改變體系的電子性質，根據相圖分析，我們得到了不同條件下體系從四面體到八面體的結構演變；由於Si、Ge原子可以互溶，我們得到了不同溫度下Si、Ge原子的分布以及對體系電子性質的影響。實驗得到的金剛石團簇存在很多同分異構體，我們引入了結構編碼的命名方法，找到了實驗中發現的金剛石量子點，包括不同形狀和大小，並預測了更多碳原子時的穩定結構，並討論了溫度對體系穩定性和光電性能的影響。 (2)對於富勒烯中的硼摻雜情況，我們根據結構識別的編碼方案，提出了相互作用模型，研究了B原子在C60上的各種替換結構，找到了比之前報導的結構更好的穩定結構;考慮到石墨烯量子點中C-C的成鍵環境，我們提出了多參數的有效作用模型，使得模型預測能隙和第一原理計算結果更好的符合，並用蒙特卡洛樹方法搜尋到了給定C原子數目下能隙最大的結構。 （ 3）我們採取了第一原理結合高通量搜尋的思路來研究硼納米結構，得到了和實驗吻合的結構，並預測了尺寸更大的幻數結構，討論了不同尺寸下穩定的平麵團簇和管狀結構的競爭，並給出了硼團簇穩定結構的約束條件；預測了具有半導體特性的硼平面單層結構，分析了空位分布的連通性對電子結構的影響；研究了硼原子在銀金屬上的沉積、成核過程，發現在硼烯的形成過程中，六邊形的空位出現更加穩定，在實驗的溫度下空位可以擴散形成有序的分布，並討論了襯底對硼平面穩定性的影響。
