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碳纳米管的场发射性质研究

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毕业论文范文题目：碳纳米管的场发射性质研究，论文范文关键词：碳纳米管的场发射性质研究
碳纳米管的场发射性质研究毕业论文范文介绍开始：
【论文摘要】：碳纳米管是近年来材料界以及凝聚态物理研究的前沿和热点。由于其具有介观尺度及奇异的物理化学性能而被认为极具理论研究价值;从实际应用的角度来看,碳纳米管直接与纳米技术相关联,也倍受人们关注。通过如STM、Raman,吸收谱等实验,人们已经初步了解了碳纳米管的众多奇特结构和性能。为了能更进一步弄清碳纳米管的结构和物理特性,理论模拟就显得非常必要。基于密度泛函的第一原理,本文研究了碳纳米管的场发射性能,并讨论了在吸附和掺杂情况下的场发射性能变化。对于一端封闭的碳纳米管而言,具有稳定性高,尖端的比表面积很大,曲率半径很小等一系列优越的结构及性质。模拟中电场从零递增1ev/A依次变化到7ev/A,变化间隔为1ev/A,比较了纯碳管和吸附一个H_2O和五个H_2O的场发射性能。研究发现吸附水分子能够使结合能降低,系统稳定性升（略..）高。并且吸附的水分子越多,结合能越低。随着电场的增加结合能呈抛物线形式下降,表示系统更加稳定。吸附能曲线说明,五个H_2O吸附的整体的稳定性大于一个H_2O吸附的情况。进一步比较五个H_2O吸附能的平均值与一个H_2O吸附能的差异,验证了氢键的存在。吸附水分子之后离化能降低,且吸附五个H_2O降低的幅度更大。随着电场的增加,离化能降低。当电场为3ev/A时,离化能达到稳定值,表明系统的场发射在此时达到饱和。零电场时纯碳管的功函数是4.44ev,吸附五个水分子的体系的功函数为4.83ev,碳纳米管功函数的实验值介于4.3~5.7eV之间,实验值与理论值吻合的很好。在没有电场的情况下,纯碳管与五水体系的能隙值相差无几。而随着电场的增加,二者的能隙值均在降低。相同的电场值情况下,五水体系的能隙值要小于碳管的能隙值,且差值随着电场增加而变大（此处忽略..）。这辅证了水吸附能够改良场发射的性能。另外选取CH2O做为吸附物,用以与H2O吸附作对比。在模拟中引入了电荷的变化。结合能随着电场呈现先降低再升高的趋势,并且在Q=-2的时候达到能量最小值,反映吸附体系具有捕捉电子的能力。并且吸附体系的结合能显著小于纯碳管的结合能。随电场的增加结合能均呈二次方比例下降,体系更加稳定。与水相似,吸附能随电场增加而增加。CH2O吸附体系的离化能随电场的增加而升高。对此的解释是CH2O分子电负性比较高,对管身电子向帽端的聚集有一定的排斥作用,使出射电子相应变得困难一些,故此离化能降低。费米能级能量值与电荷Q近似呈线性关系。而且从正电荷到负电荷,费米能级依次升高。因为外加电荷首先会填充最低非占据态(LUMO),使费米能级向非占据态转移。而价带因为移入更深的能级,系统变得更加稳定。把能隙变化（此处忽略..）和功函数变化一起比较发现,体系能隙虽然变小,而功函数却升高,表明电子从LUMO到真空的跃迁相对困难,原因是羰基C=O的电负性比较大,阻碍了电子到尖端的转移。我们还考虑了掺杂N原子对场发射性能的影响。首先发现,因为有拓扑缺陷,结合能略有升高,系统稳定性稍有下降。系统稳定性的降低并不影响我们对其场发射性质的研究,相反这种拓扑缺陷的存在很大程度上改变其场发射性能。在不加电场的情况下,N在不同取代层的功函数均小于纯碳管的功函数。加电场之后,功函数均有降低,且取代体系降低幅度更大。对管身原子的取代要比对帽端原子的取代更有优越性。DOS图显示,通过在尖端掺杂氮原子,纳米管的态密度图明显向低能量部分移动。由于费米面被固定在能量零点处,从能量数值上来说,费米面相对向高能量处移动,也就是说费米面向导带移动。由于费米面的（文章此处忽略..）增高,将减小表面的能量势垒,这将有助于电子从费米面向真空的发射。在没有施加电场的情况下,对于纯纳米管来说,电荷可以近似认为是均匀分布在纳米管上,有部分的负电荷集中在纳米管的尖端,这种电荷分布状况是由纳米管本身的结构特点决定的,其半圆形的尖端本身就具有聚集电荷的作用。在进行氮原子的取代以后,在取代的位置分别出现了不同程度的负电荷聚集,这是因为氮原子本身比碳原子多一个电子,电负性增强的原因。在施加电场的情况下,对于纯碳纳米管来说,我们可以明显看到,在尖端聚集了更多的电子,这是由于加入电场后,电场促使电子沿着管轴方向传导向尖端聚集。N取代的体系规律与不加电场的情况相似。从分析可知,氮原子的掺杂有利于纳米管的场发射性能,尤其是氮原子逐渐向管身取代时。

以上为本篇毕业论文范文碳纳米管的场发射性质研究的介绍部分。

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