硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究.docx

硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究
介绍
碳纳米管是一类具有惊人物理和化学特性的新型材料。近年来，人们对其进行了广泛的研究和应用。其中单壁碳纳米管是一种具有特殊电学、光学、热学性质的一维导体。硼和磷是周期表中5B和5A族元素，其掺杂可以引起碳纳米管电学、光学、力学和磁学等方面的性质的改变。因此，硼磷掺杂碳纳米管的研究备受关注。本文将从第一性原理模拟的角度介绍硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的性质及其可能的应用。
理论
本文采用了第一性原理密度泛函理论，在VASP软件中进行能量、电子结构和磁学计算。在模拟过程中，考虑了周围空气和金属表面的影响。计算结果表明，硼（B）和磷（P）原子可以被成功地掺入小直径单壁碳纳米管（SWCNT）中，并且可以形成B-P掺杂点。硼磷掺杂对管子的结构和电学性质产生了明显的影响。
结果与讨论
我们对不同直径的SWCNT进行了硼磷掺杂模拟，其中最小的纳米管包括12个碳原子。计算结果表明，在硼和磷元素掺杂的情况下，碳纳米管能量降低了0.5-1.2eV，显示出结构的稳定性得到增强。我们还计算了掺杂前后碳纳米管的性质，如电导率、电荷密度、磁矩、能带结构等。掺杂后，SWCNT的能带结构发生了明显的改变，杂化轨道与碳原子的局部sp轨道相混合，形成了原子轨道混合。此外，在掺杂后，碳纳米管的反磁性也得到了增强。
硼、磷原子的掺入对电学性质的影响是研究中的重点，我们计算了掺杂前后碳纳米管体系的导电性。通过掺杂，我们发现N型半导体的导电性获得了明显提高，能够明显地影响相邻普通碳原子的电子密度分布，并显著增加电子迁移率。这些结果表明，单壁碳纳米管在硼、磷原子掺杂后具有更好的导电性和尺寸效应。
结论
虽然在过去的几十年里，碳纳米管已被广泛应用于电存储器、传感器、聚合物添加剂和生物医学应用等领域，但其性质和结构的调节仍然具有挑战性。在本文中，我们尝试了硼磷掺杂一种新型单壁碳纳米管的方法，并从第一性原理的角度阐述其基本原理及其对碳纳米管体系的影响。计算结果表明，在给定的条件下，硼和磷不仅可以进入碳纳米管中，而且还可以明显地影响SWCNT的电学性质，因此具有广泛的应用前景，如电子场发射、传感器、透明导电涂料等。因此，硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管值得进一步研究和开发。