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摘要: 碳纳米管自从1991年被发现以来，因其丰富的性能和极具潜力的应用前景，受到了人们的广泛关注。本论文研究扶手椅型碳纳米管的能带结构，讨论其轨道杂化。首先简单介绍碳纳米管的发现背景、结构和应用等；然后利用紧束缚近似方法，计算出石墨烯的电子能带结构；最后，考虑简单折叠模型，弯曲效应和褶皱效应下计算扶手椅型单壁碳纳米管的电子能带结构，并讨论不同模型下的轨道杂化。54592
毕业论文关键词：扶手椅型碳纳米管；紧束缚近似；褶皱效应；杂化
Abstract: Since the carbon nanotubes was discovered in1991, it has attracted more and more attention for its rich performance and potential application prospect. In the thesis，we will discuss the band structure and the hybridization orbital of armchair carbon nanotubes. First of all, the discovery background of carbon nanotubes, its geometric structure and applications were briefly introduced. Then, the electronic band structure of graphene was calculated based on the tight-binding method. Finally, the electronic band structures of armchair carbon nanotubes were calculated under the zone-floding model, the curvature effect and corrugation effect respectively. And the orbital rehybridization was discussed also in different models.
Keywords : Armchair carbon nanotubes; the tight-binding approximation; corrugation; rehybridization
目录
1 绪论 4
1.1碳纳米管的发现及研究背景 4
1.2 碳纳米管的结构与种类 5
1.2.1按照层数分类 5
1.2.2按照手性分类 5
1.3碳纳米管的性质 6
1.3.1力学性质 6
1.3.2电学性质 7
1.4碳纳米管的应用 7
1.4.1聚合物增强剂 7
1.4.2超级电容器 7
1.4.3场致发射材料 7
2 石墨烯的能带结构 8
2.1石墨烯的原子结构 8
2.2石墨烯的正格子和倒格子 8
2.3石墨烯的能带结构计算 9
3 扶手椅型碳纳米管的能带结构及轨道杂化 14
3.1单壁碳纳米管的原子结构及表征 14
3.2 Zone-folding模型下的扶手椅型SWCNTs的能带结构 15
3.3弯曲效应下的扶手椅型SWCNTs的能带结构 16
3.4褶皱效应下扶手椅型SWCNTs的能带结构 18
结 论 21
参考文献 22
致 谢 23
1 绪论
1.1 碳纳米管的发现及研究背景
碳元素是一种自然界最普遍的非金属元素，它以其独特的sp3杂化或 sp2杂化轨道，创造出了众多种类的碳族材料。之前人们只知道石墨，金刚石以及无定型碳这三种碳的同素异形体，但在20世纪80年代中期，人们发现了一种仅由碳构成的球型分子C60，接着又不断地发现了C70、C76等多种碳结构，且将这一类碳的同素异形体统称为“富勒烯”[1]。
碳纳米管(CNTs)是继C60发现后又一重大发现。1991年，S.Iijima博士[2]在进行电弧蒸发石墨制备C60的实验时，意外发现了石墨阴极沉积物中产生了一些针状物质。这些碳针具有多层的同心管结构，层数多为2至50层，直径约在4至30纳米之间，长度约为1微米。S. Iijima博士当时发现的物质就是如今我们所知道的多壁碳纳米管(MWCNTs)。 S. Iijima博士关于MWCNTs正式发表引发了CNTs的研究热潮和近年来CNTs技术的飞速发展。MWCNTs发现的两年后，单壁碳纳米管(SWCNTs)在实验中制备成功，同多壁碳纳米管在实验中偶然得到不同，SWCNTs是研究人员有目的的主动设计而制备出来的。