非晶碳、非晶碳氮材料以及纳米金刚石的理论研究

论文摘要

碳基材料因其碳原子的价电子轨道存在sp~3、sp~2和sp~1三种杂化构型而具有多种晶体和非晶结构类型,多样的性质以及广泛的应用,长久以来一直作为材料科学领域的研究热点。本论文主要对其中的非晶碳材料、非晶碳氮材料以及纳米金刚石的进行理论研究,利用原子尺度上的计算机模拟,探讨这些材料的微观结构与性质之间的关联。

论文目录

• 第一章 碳基材料概述
• 1.1 类金刚石材料
• 1.1.1 类金刚石的结构
• 1.1.2 类金刚石的制备
• 1.1.3 类金刚石的性质与应用
• 1.2 非晶碳氮材料
• 1.2.1 非晶碳氮材料的结构
• 1.2.2 非晶碳氮材料的制备
• 1.2.3 非晶碳氮材料的性质与应用
• 1.3 纳米金刚石
• 1.3.1 纳米金刚石的结构
• 1.3.2 纳米金刚石的制备
• 1.3.3 纳米金刚石的性质与应用
• 1.4 碳纳米管
• 1.4.1 碳纳米管的结构
• 1.4.2 碳纳米管的制备
• 1.4.3 碳纳米管的性质与应用
• 1.5 本论文工作的目的和意义
• 1.6 本章小结
• 参考文献
• 第二章 理论基础与计算方法
• 2.1 材料计算与设计概述
• 2.2 分子动力学计算
• 2.2.1 分子动力学的发展历程
• 2.2.2 分子动力学模拟的基本步骤
• 2.2.3 粒子系统运动方程的数值解法
• 2.2.4 等温分子动力学
• 2.3 势函数理论与模型
• 2.4 紧束缚模型
• 2.4.1 包含键环境修正的紧束缚势模型
• 2.4.2 电子结构计算中的系统尺寸线性标度
• 2.4.3 紧束缚分子动力学计算
• 2.5 密度泛函理论
• 2.5.1 Hohenberg-Kohn理论
• 2.5.2 Kohn-Sham方程
• 2.5.3 交换关联泛函
• 2.5.4 赝势方法
• 2.5.5 第一原理分子动力学
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 非晶碳薄膜紧束缚分子动力学研究
• 3.1 a-C结构的理论研究的发展
• 3.2 周期结构研究
• 3.2.1 理论模型的建构
• 3.2.2 计算方法与参数
• 3.2.3 结构与性质分析
• 3.2.3.1 a- C的拓扑结构
• 3.2.3.2 径向分布函数
• 3.2.3.3 碳原子配位数与结构密度的线性关系
• 3.2.3.4 电子结构
• 3.3 碳粒子束沉积模拟
• 3.3.1 理论模型的建构
• 3.3.2 计算方法与参数
• 3.3.3 结构与性质分析
• 3.3.3.1 非晶碳膜的拓扑结构
• 3.3.3.2 碳原子配位数与不同膜深度的关系
• 3.3.3.3 径向分布函数
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 非晶氮化碳价键结构的第一原理研究
• 4.1 理论模型的建构
• 4.2 计算方法与参数
• x结构的价键研究'>4.3 低氮含量a-CN_x结构的价键研究
• 4.3.1 几何优化结构
• x体系的碳原子拓扑结构'>4.3.2 高密度a-CN_x体系的碳原子拓扑结构
• x体系中的成键构型'>4.3.3 氮原子在a-CN_x体系中的成键构型
• 4.3.4 径向分布函数
• 4.3.5 电子结构
• x的价键结构'>4.4 高氮含量a-CN_x的价键结构
• 4.4.1 几何优化结构
• x中的类富勒烯纳米结构'>4.4.2 a-CN_x中的类富勒烯纳米结构
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 纳米金刚石结构与尺寸效应的第一原理研究
• 5.1 理论模型的建构
• 5.2 计算方法与参数
• 5.3 金刚石团簇
• 5.3.1 原子结构分析
• 5.3.2 结合能
• 5.3.3 Mulliken电荷分布，离化能与电子亲合能
• 5.3.4 电子结构与量子尺寸效应
• 5.4 无氢纳米金刚石
• 5.4.1 原子结构分析
• 5.4.2 Mulliken电荷分布
• 5.4.3 电子结构
• 5.5 碳纳米结构的稳定性以及相互转化
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 致谢