《SnO2低維納米結構的設計、合成與光電性質研究》是依託濟南大學，由王培吉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：SnO2低維納米結構的設計、合成與光電性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王培吉
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低維納米結構SnO2是新一代光電子器件的功能組元，在太陽能電池、場發射器件等方面具有廣闊的套用前景。本項目針對低維納米結構SnO2，擬採用第一性原理分子動力學和實驗兩方面進行研究：（1）研究SnO2納米片/帶/管的光電性能，探討缺陷、界面、尺寸及摻雜等因素對其電子結構的影響，研究微結構變化與光電性能的關係，揭示低維納米結構SnO2光電性能的物理規律。（2）研究納米片/帶/管在armchair 和 zigzag 構型下SnO2的光電性能，研究電子性質與納米帶自身的手性、長度及分支高度和寬度的關聯性質；比較表面裸露和經H、N、F等表面修飾後的光電性能，探討修飾、分子組裝等因素對其性能的影響，揭示低維結構構型及修飾與光電性能之間的微觀聯繫。（3）研究製備性能穩定的低維納米結構SnO2的關鍵技術，測試結構的光電性能，探索納米光電子器件單元的可行性。本項目的研究對新型納米電子器件的套用具有重要意義。
結題摘要
本項目採用第一性原理和平均場理論相結合的方法，研究了低維結構SnO2及其相關材料的電子結構及光電性能，取得一批重要成果： 1.研究了非金屬摻雜原子（N）和3d 摻雜原子（Fe、Cr、Mn）單摻、共摻情況下對 SnO2 材料電子結構和光電性能的影響，並在加U及空位的調控下，發現摻雜調控其能帶結構，SnO2材料的光學性質（吸收係數、折射率等）發生改變。 2.研究了Fe、Cr、Co、Mn單摻及共摻SnO2超晶格材料的電子結構和光電磁性能，考慮氧空位和加U的作用，Cr單摻SnO2超晶格時的O原子的p電子與Cr原子的d電子間的p-d耦合作用使Cr原子的磁矩發生了改變。Fe、Mn和Co、Mn共摻時過渡元素的3d電子和O的2p電子產生了強烈的雜化作用，造成SnO2超晶格性能的改變。 3.研究了SnO2納米麵的電子結構和光電磁性能，Co摻雜SnO2納米麵由於Co原子的3d態不對稱，形成了半金屬體系，而Fe摻雜SnO2NSs變成了間接帶隙半導體，Cr、Mn和Ni原子摻雜則為直接帶隙半導體。Ag和O空位後，SnO2納米麵材料依然是直接帶隙半導體。其摻雜都使吸收邊發生紅移。 4.研究了SnO2納米帶的電子結構和能帶調控，SnO2納米帶是間接帶隙半導體，兩種構型的納米帶的帶隙均隨著其寬度的變化而發生相應的變化，最終分別趨近於一個穩定的值。當引入Ag之後，不論是armchair或zigzag納米帶，其光學吸收邊均明顯的向低能方向移動. 5.研究了石墨烯/二氧化錫 納米異質結生長及能帶調控，通過層間結合能計算，得到所建立的四種構型的層間結合能均屬於范德華力型異質結，四種構型均打開了10.0 meV左右的帶隙，而雙層石墨烯在二氧化錫襯底上生長其能帶打開了近100meV左右的帶隙，為將來設計高效的場效應電晶體的推廣套用奠定了堅實的理論基礎。 6.在納米結構SnO2研究結果基礎上，我們也研究了矽烯，MoS2、錫烯、鍺矽異質結、矽烯/矽烷異質、砷烯、ZnO納米管等納米結構的電子結構及調控機理。在這些納米結構中，多種有意義的現象，如量子自旋霍爾效應等均被設計出來。這些性質有利於材料的開發和套用。
