h-BN和ZrS2二维复合材料的结构与电子结构的第一性原理计算研究
时间:2018-03-04 11:55 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要石墨烯的出现，引起了人们对二文晶体材料的研究兴趣。不同于传统材料，二文晶体在磁性、电学性质、电催化性等方面具有良好的表现。以密度泛函理论基础的第一性原理计算，是研究多粒子体系行之有效的方法。另一方面，将不同的二文晶体组合构成二文复合材料，以期获得具有特殊性能的二文结构是近期该领域的研究热点。本毕业设计通过将h-BN和ZrS2构成二文复合结构，探讨该材料电子性质,得到以下结论：1.该二文复合结构，会有效地减小了h-BN的带隙；2.h-BN与ZrS2二文复合材料带隙的导带底是由Zr的d轨道提供，价带顶是N的p轨道提供，并且空间上导带底和价带顶分离的很好，可以减小了电子和空穴复合率，从而有效提高对可见光的利用；3.h-BN与ZrS2二文复合材料的导带底变得更加陡峭，增加了材料的电子迁移率，有效改善了h-BN的电学特性。 关键词 二文晶体 第一性原理 能带结构 电子态密度19154 毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title The First-principles Calculations on geometric and electronic structures of two dimensional h-BN and ZrS2 complex Abstract Two-dimensional (2D) materials are attracted a lot of attention since the emergence of graphene. Unlike traditional materials, two-dimensional crystals have novel electrical and magnetic properties, as well as electrical catalysis. Meanwhile, first-principles calculations based on Density Functional Theory have became an effective method to study multi-particle system. On the other hand, the 2D material with novel properties, become a hot topic in material field recently. In this dissertation, we will pay our attention to the electronic properties of the 2D structure composited in h-BN and ZrS2. Our results show that The 2D structure effectively reduces the band gap of h-BN. The conduction band is provided by d orbital of Zr, while the valence band is provided by p orbital of N. Furthermore, it can effectively improve the use of visible light with the good space separation. Finally, the steeper conduction band increase electron mobility, thus it improves the electrical property of h-BN. Keywords Two-dimensional crystals First-principle Band structure Electronic density of states 目 次 1 引言1 2 二文晶体1 2.1 石墨烯1 2.1.1石墨烯的发现1 2.1.2 石墨烯的结构和性质2 2.1.3基于石墨烯的二文复合材料3 2.2 优尔方氮化硼3 2.2.1优尔方氮化硼的结构和性质3 3 理论基础4 3.1 密度泛函理论4 3.1.1 Born-Oppenheimer近似——绝热近似4 3.1.2 Hohenberg-Kohn定理5 3.1.3 Kohn-Sham方程5 3.1.4 交换关联泛函6 3.1.5 密度泛函 7 4 VASP计算软件 7 5计算部分 8 5.1 计算过程8 5.2 结果与分析11 结论21 致谢22 参考文献23 1 引言 随着量子力学的建立和完善，人类在材料的认识和使用方面的能力也在不断提高。我们已经不再局限于在宏观尺度上对材料各种物理化学性质的分析，而是更多的通过第一性原理的方法，从微观角度上研究材料的各种属性；也不再简单地使用单一材料，而是将多种材料复合构成新的功能性材料。现代材料科学技术的发展，促进了各种材料之间的密切联系，随着石墨烯等一系列二文晶体的出现，通过对二文晶体复合重组形成了一个新的材料领域——二文复合材料(Two-dimensional composite materials)。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的综合材料,各种材料在性能上互补并产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的需求[1]。另一方面，二文晶体材料又具有传统材料所不具备的特性，在诸如：磁性、导电性、磨擦、屏蔽、阻燃、隔热等方面显示出了超乎寻常的优势。我们有理由相信，将二文晶体复合组成二文复合材料，会进一步发挥这种优势，并引发材料应用领域新一轮的技术革命。 (责任编辑：qin) |