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硅团簇氧化机理的理论研究

2020-11-23阅读(944)

硅团簇氧化机理的理论研究

论文摘要

氧化硅材料在科学与技术领域占有重要地位。近年来用化学气相沉积法生长硅纳米线及其它纳米材料已成为实验和理论研究的热点,引起了人们的高度关注。为了揭示硅纳米材料的生长机理,实验和理论科学家开展了对硅氧团簇的系列研究。实验科学家借助光电子谱等方法研究了小型硅氧阴离子团簇（Si3On-,n = 1 6）。实验上还报道了硅中性及阳离子团簇与氧气的反应的研究,结果表明小的阳离子团簇每次有两个硅离子被氧化反应侵蚀掉,如此一直到Si2+和Si+。另外,实验还研究了中等硅离子团簇（Sin+,n=1065）与氧气的反应,结果显示当团簇包含原子数少于29时,反应的主要产物为Sin-2+和两个SiO原子。另外,对硅原子离子团簇的稳定性研究表明Sin+（n = 4, 6, 9, 13, 14, 23）和Sin-（n = 18, 21, 24, 25, 28）有较高的稳定性。在理论方面,已有一系列有关小硅氧团簇（SinOm, n≤5）的研究报道。对SinOm（n=3, 4, 5）中性和带电团簇的理论研究表明,Si4O4和Si5O5的立体环状结构比其平面结构更稳定。对SimOn[m=15, n=1-（2m-1）]团簇的理论研究结果预测了小硅氧团簇的最稳定构型;并对其解离路径进行了分析,结果表明,SiO在解离产物中大量存在,这与实验结果一致。最近又报道了Si/O比率为1∶2 (SinO2n)和1∶1 （SinOn）的中型硅氧团簇的理论计算研究。SinO2n团簇的研究对认识二氧化硅团簇的最稳定结构可提供很有用的信息,同时,对于SinOn团簇的研究有助于揭示硅纳米结构的生长机制。许多前期的研究工作集中于富氧的硅氧团簇,对于富硅的硅氧团簇的研究尚比较缺乏。然而,富硅团簇的研究对理解硅纳米材料的生长过程非常重要。目前,了解富硅团簇的结构特性,和富硅与富氧团簇结构特征开始受到人们的特别关注。虽然,对于SimOn[m=15, n=1-（2m+1）]团簇已有详细的系统研究报道,但其中的硅7原子数目仅有5个,这些体系对清晰了解硅团簇的氧化过程及对比富硅和富氧团簇的特征还不够大。另外,对硅氧离子团簇的研究很少见报道,而实验上通常观测到的是带电的离子团簇。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 前言
  • 第一章 含硅团簇
  • 1.1 原子簇的概念
  • 1.2 原子簇化学
  • 1.3 含硅团簇的研究
  • 1.4 论文课题选择，研究目的和研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 理论基础和计算方法
  • 2.1 Schro|¨dinger 方程
  • 2.1.1 Schro|¨dinger 方程的引入
  • 2.1.2 Schro|¨dinger方程中波函数ψ的意义
  • 2.1.3 定态，不含时间的Schro|¨dinger 方程
  • 2.1.4 多粒子体系的Schro|¨dinger方程
  • 2.2 分子轨道理论
  • 2.2.1 闭壳层分子的Hatree-Fock-Rothann 方程
  • 2.2.2 开壳层分子的HFR 方程
  • 2.3 电子相关问题
  • 2.3.1 物理意义
  • 2.3.2 电子相关能
  • 2.3.3 组态相互作用（Configuration interaction, CI）
  • 2.3.4 耦合簇方法（Coupled-cluster, CC）
  • 2.3.5 微扰理论方法
  • 2.4 密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）
  • 2.5 基函数（基组）的选择
  • 2.6 振动频率的计算
  • 2.6.1 谐振频率的计算
  • 2.6.2 热力学性质的计算
  • 2.7 计算结果分析
  • 2.7.1 总能量
  • 2.7.2 平衡几何
  • 参考文献
  • mOn（m=1～5, n=1, 2m）团簇的结构和稳定性'>第三章 SimOn（m=1～5, n=1, 2m）团簇的结构和稳定性
  • 3.1 引言
  • 3.2 计算方法
  • 3.3 计算结果
  • 参考文献
  • 6On（n=1～12）团簇的结构和稳定性'>第四章 Si6On（n=1～12）团簇的结构和稳定性
  • 4.1 引言
  • 4.2 计算方法
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 结构
  • 6O1-5结构'>4.3.1.1 富硅团簇的Si6O1-5结构
  • 6O6和Si6O7 的结构'>4.3.1.2 Si6O6和Si6O7的结构
  • 6O6-12 的结构'>4.3.1.3 富氧团簇Si6O6-12的结构
  • 6On+和Si6On-'>4.3.1.4 离子团簇Si6On+和Si6On-
  • 6 团簇的氧化机理'>4.3.2 Si6团簇的氧化机理
  • 4.3.3 结合能和解离能
  • 4.3.4 电子特性
  • 4.4 结论
  • 参考文献
  • 7On（n=1～14）团簇的氧化机理'>第五章 第一性原理研究Si7On（n=1～14）团簇的氧化机理
  • 5.1 引言
  • 5.2 计算方法
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 结构
  • 7O1-6'>5.3.1.1 富硅团簇 Si7O1-6
  • 7O7 和 Si7O8 团簇'>5.3.1.2 Si7O7 和 Si7O8团簇
  • 7O9-14'>5.3.1.3 富氧团簇 Si7O9-14
  • 7On+和 Si7On-'>5.3.1.4 离子团簇 Si7On+和 Si7On-
  • 7 团簇的氧化机理'>5.3.2 Si7团簇的氧化机理
  • 5.3.3 结合能和解离能分析
  • 5.4 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间发表的论文

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