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摘 要：本文将密度泛函理论同非平衡格林函数方法相结合，研究了CO吸附条件下zigzag型单壁（7,0）SiC纳米管的电输运特性随CO浓度和纳米管结构形变的变化情况。我们发现，CO的吸附能够在很宽的能量范围内显著降低SiC纳米管的输运谱。随着CO浓度的增加，输运谱上出现了一个与浓度有关的输运带隙，展宽了SiC纳米管的初始带隙。在相同的电压下，通过SiC纳米管的电流随着CO浓度的增加而减小。纳米管的局部形变并不会改变CO吸附对SiC纳米管输运特性影响的基本趋势，但却能增大通过SiC纳米管的电流。其物理机制来源于CO吸附所导致的杂质态对浓度和形变的响应。结果表明，SiC纳米管可以作为CO气体传感器的重要候选材料。55197
毕业论文关键词：SiC纳米管，CO浓度，结构形变，电输运特性
Abstract: The electron transport properties of CO adsorbed SiC nanotubes as a function of concentration density and structural deformation have been characterized for the single-walled (7,0) zigzag model using a combined formalism of density-functional theory and nonequilibrium Green's function. It is found that CO adsorption can significantly suppress the transmission spectrum of SiC nanotube for a wide range of energies. As the concentration increases, a density-dependent superimposed transport gap exists and widens the initial electronic band gap of SiC nanotube. Under the same applied bias voltage, the current through SiC nanotube decreases with the increasing CO concentrations. The local torsional deformation has no effect on this essential motif. However, the current in the locally twisted system is larger than that of the undeformed one. The transmission suppression and the current differences can be attributed to the response of the localized impurity state induced by CO adsorption to density and deformation. Our results show that SiC nanotube can be a promising gas sensor for CO detection.
Keywords: SiC nanotube, CO concentration, structural deformation, electron transport property
目 录
1 引言 4
2 理论方法 5
3 结果与讨论… 9
结论 … 14
参考文献 … 15
致谢 17
1 引言
一维纳米结构，如纳米线、纳米棒、纳米管等，由于其独特的物性和较大的表/体比在纳米传感器领域有着广阔的应用前景。从实际应用的角度看，好的传感器应具有快速响应、低探测量和较大的感应区。最近，人们在利用碳纳米管探测诸如NO2、NH3和O2的气体分子方面取得了长足进展。[1,2] 基于半导体性的碳纳米管，一类新型的传感器已经设计成功，能够以很高的灵敏度在室温条件下探测到少量气体分子的存在。其基本原理就是测量因气体分子与纳米管的相互作用而导致的半导体纳米管电导的变化。然而，以碳纳米管为材料制成的传感器在所探测的气体种类上受到了较大限制，目前仅限于少数几种气体。对于实际中常见的CO，由于其不能吸附在碳纳米管表面，因而基于碳纳米管的传感器对其响应很小。[3,4]
CO是一种无色、无，但却有很强毒性的气体。人类自身一般不能感受到它的存在。因此，实际中迫切需要对CO具有高灵敏度的传感器。为了弥补碳纳米管对CO气体分子的不灵敏性，人们提出了许多对碳纳米管进行内部或外部修饰改性的方案。其中最具代表性的有两类方法，一是用杂质原子（比如硼原子）替代碳纳米管中的碳原子，另一种是通过对碳纳米管施加径向形变来改进其对CO分子的感应灵敏度。[5,6] 尽管这些方案在探测CO的存在性上取得了一定的成功，但也面临着一些缺陷和问题。比如，碳纳米管中替代掺杂硼原子的最大掺杂率仅为5%，径向形变下碳纳米管形变曲率大的区域只有很小一部分，这些因素均导致了基于碳纳米管的传感器在探测CO时的灵敏度和可靠性具有较大的不确定性。因此，进一步探索高效的CO传感器就显得尤为必要。