簡易檢索 / 詳目顯示
| 研究生： |
蔡松倪 Tsai, Sung Ni |
|---|---|
| 論文名稱： |
鋸齒狀石墨烷奈米帶與其複合材料之電子結構計算 Electronic structures of Zigzag Graphane nanoribbons and their composites |
| 指導教授： |
楊志開
Yang, Chih Kai |
| 口試委員: |
林瑜琤
Lin, Yu Cheng 吳璧如 Wu, Bi Ru |
| 學位類別： |
碩士
Master |
| 系所名稱： |
理學院 - 應用物理研究所 Graduate Institute of Applied Physics |
| 論文出版年： | 2017 |
| 畢業學年度： | 105 |
| 語文別： | 中文 |
| 論文頁數： | 112 |
| 中文關鍵詞： | 石墨烯 、石墨烷 、氮化硼 、過度金屬 |
| 外文關鍵詞： | Graphene, Graphane, Boron Nitride, Transition metal |
| 相關次數： | 點閱：34 下載：4 |
| 分享至: |
| 查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
碳(Carbon)為IV A族，每顆碳原子擁有四顆能夠鍵結的電子，碳的同素異形體有數種，最常見為石墨、鑽石、富勒烯(C_60)以及石墨烯(Graphene)，每一種同素異形體所表現的物理性質也不同。其中我以石墨烯這種二維材料進行計算，石墨烯(Graphene)是一個非常良好的導體。但在其碳原子上下交互接上氫原子(Hydrogen)可形成石墨烷扶手椅型(Graphane chair)是一個絕緣體。另一類似結構的材料為氮化硼(Boron Nitride，簡稱BN)，利用3A的硼原子(Boron)與5A的氮原子(Nitride)取代石墨烯中的碳原子形成六角形氮化硼。BN的能隙差很大，故也為不導電之絕緣體。
其中二維的石墨烯(Graphene)又可依特定方式裁切成一維鋸齒狀石墨烯奈米帶(1D zigzag Graphene nanoribbon)。另外若將石墨烷扶手椅型(Graphane chair)上面的氫原子(Hydrogen)拔除，考慮拔除氫原子的鏈狀(chain)的數目其導電性質與磁性將會發生變化。並將一維氮化硼(BN)連接一維鋸齒狀石墨烷奈米帶(1D zigzag Graphane nanoribbon)，於石墨烷奈米帶邊界接上兩顆氫考慮其結合能，再拔去線狀(line)與鏈狀(chain)氫原子探討其能量大小與能帶性質。
最後將一維鋸齒狀石墨烷奈米帶(1D zigzag Graphane nanoribbon)被拔除氫鍊(chain)處加入第一類過度金屬(1st Transition metal)，由於過度金屬擁有3d軌域之角動量，故進一步分析其磁性影響與能帶性質。以上計算皆使用Vienna Ab initio Simulation Package (VASP)計算。
第一章 緒論 1
1.1研究動機 2
第二章 研究方法 4
第三章 研究結果 8
3.1 第一部分 Zigzag graphane nanoribbon (N=12) Cut Hydrogen chain 10
3.1.1 G12切去中間氫鏈(n=6處) 11
3.1.2 G12切去(N=2處)之氫鏈 13
3.1.3 G12切去(n=2,3處)兩條氫鏈 14
3.1.4 G12切去(n=2,4處)兩條氫鏈 16
3.1.5 G12切去(n=2,5處)兩條氫鏈 17
3.1.6 G12切去(n=2,6處)兩條氫鏈 19
3.1.7 G12切去(n=6,7處)兩條氫鏈 20
3.1.8 G12切去(n=5.6.7處)三條氫鏈 24
3.1.9 G12切去(n=5~8處)四條氫鏈 27
3.1.10 G12切去(n=5~9處)五條氫鏈 34
3.1.11 G12切去(n=4~9處)六條氫鏈 39
3.1.12 G12切去(n=4~10處)七條氫鏈 45
3.1.13 G12切去(n=3~10處)八條氫鏈 51
3.1.14 G12切去(n=5,7處)兩條氫鏈 56
3.1.15 G12切去(n=5,7,8處)三條氫鏈 58
3.1.16 G12切去(n=5,6,8,9處)四條氫鏈 60
3.1.17 G12將3.1.16中間氫鏈移至(n=6處) 62
3.1.18 G12切去(n=4,5,7,8,9處)五條氫鏈 63
3.1.19 G12切去(n=4,5,8,9)四條氫鏈與3.1.16做比較 65
3.1.20 G12切去(n=4,5,6,8,9,10)六條氫鏈 66
3.1.21 G12切去(n=3,4,5,7,8,9,10處)七條氫鏈 68
3.1.22 G12切去(n=3,4,5,8,9,10處)六條氫鏈與3.1.20比較 70
3.2 第二部分 Zigzag graphane nanoribbon+六角形氮化硼(BN)(各六層) 72
3.2.1 G12NB邊界接上一氫原子與接上兩氫原子之結合能大小 72
3.2.2 GNB-2切去(n=3處)之line線狀與chain鏈狀氫之分析 76
3.3 第三部分 Zigzag graphane nanoribbon +First(3d) Transition metal 79
3.3.1 G12+ Titanium 79
3.3.2 G12+ Vanadium 83
3.3.3 G12+ Chromium 87
3.3.4 G12+ Manganese 89
3.3.5 G12+Iron 92
3.3.6 G12+ Cobalt 95
3.3.7 G12+ nickel 98
3.3.8 G12+ copper 101
3.3.9 G12+ zinc 105
第四章 結果討論 109
附錄 參考文獻 111
[1] K. S. Novoselov,; A. K. Geim,; S. V. Morozov,; D. Jiang,; Y. Zhang ,; S. V. Dubonos,; I. V. Grigorieva,; A. A. Firsov, ” Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films” Science. 22;306(5696):666-9 (2004)
[2] Kyoko Nakada, Mitsutaka Fujita, Gene Dresselhaus, and Mildred S. Dresselhaus ,’’ Edge state in graphene ribbons: Nanometer size effect and edge shape dependence’’ Phys. Rev. B 54, 17954 (1996)
[3] L. Pisani, J. A. Chan, B. Montanari, and N. M. Harrison ,’’ Electronic structure and magnetic properties of graphitic ribbons’’ Phys. Rev. B 75, 064418 (2007)
[4] Jorge O. Sofo, Ajay S. Chaudhari, and Greg D. Barber ,’’ Graphane: a two-dimensional hydrocarbon’’ Phys. Rev. B 75, 153401 (2007)
[5] C. K. Yang,’’Graphane with defect or transition-metal impurity’’ CarbonVolume 48, Issue 13, Pages 3901–3905 (2010)
[6] Haibo Zeng, Chunyi Zhi, Zhuhua Zhang, Xianlong Wei, Xuebin Wang, Wanlin Guo, Yoshio Bando, and Dmitri Golberg ,’’ “White Graphenes”: Boron Nitride Nanoribbons via Boron Nitride Nanotube Unwrapping’’ Nano Lett. 10 (12). pp 5049–5055 (2010)
[7] Mark P. Levendorf, Cheol-Joo Kim, Lola Brown, Pinshane Y. Huang, Robin W. Havener, David A. Muller & Jiwoong Park ,’’ Graphene and boron nitride lateral heterostructures for atomically thin circuitry’’ Nature 488 , 627–632 (2012)
[8] Robert Drost, Uppstu A, Schulz F, Hämäläinen SK, Ervasti M, Harju A, Liljeroth P.’’ Electronic states at the graphene-hexagonal boron nitride zigzag interface.Nano Lett. 10;14(9):5128-32. (2014)
[9] Bi-Ru Wu and Chih-Kai Yang ,’’ Electronic structures of graphane with vacancies and graphene adsorbed with fluorine atoms’’ AIP Advances 2, 012173 (2012)
[10] Bi-Ru Wu and Chih-Kai Yang ,’’ Energy band modulation of graphane by hydrogen-vacancy chains: A first-principles study’’AIP Advances 4, 087129 (2014)
[11] P. Hohenberg and W. Kohn,’’ Inhomogeneous Electron Gas’’Phys. Rev. 136, B864 (1964)
[12] W. Kohn and L. J. Sham,’’ Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects’’ Phys. Rev. 140 A1133 (1965)
