摘 要：氮化硼作为一种重要的III-V族无机非金属材料，具有一系列优异的物理化学性质，在很多方面具有潜在的应用前景。二维原子薄膜如石墨烯和单层氮化硼是一类新的纳米材料。然而，石墨烯和六方氮化硼片的固有的电子结构限制了它们在电子器件中的直接应用。本文以密度泛函理论为基础，通过计算表明，锯齿型氮化硼纳米带的带隙可在轴向拉伸应变下发生显著变化，其物理机制来源于纳米带在弹性应变下轨道杂化度的降低。此外，由于结构不对称和边缘氢钝化的影响，在氮化硼纳米带出现了明显的偶极矩和压电效应。这些结果将为二维单层纳米带在电子、压电、光伏和光电器件中的应用提供有意义的参考。65783

毕业论文关键词：氮化硼纳米带，轴向拉伸，应变调控

Abstract：Boron nitride (BN) is an important III-V inorganic non-metallic material with excellent physical and chemical properties indicating promising applications in many fields. Two-dimensional atomic sheets such as graphene and boron nitride monolayers represent a new class of nanostructured materials for a variety of applications. However， the intrinsic electronic structure of graphene and h-BN atomic sheets limits their direct application in electronic devices. By first-principles density functional theory calculations we demonstrate that band gap of zigzag BN nanoribbons can be significantly tuned under uniaxial tensile strain. The unexpected sensitivity of band gap results from reduced orbital hybridization upon elastic strain. Furthermore， sizable dipole moment and piezoelectric effect are found in these ribbons owing to structural asymmetry and hydrogen passivation. This will offer new opportunities to optimize two-dimensional nanoribbons for applications such as electronic， piezoelectric， photovoltaic， and opto-electronic devices.

Keyword: BN nanoribbon， uniaxial tensile strain， strain engineering

目  录

1 绪论 4

1.1 氮化硼纳米材料  4

1.2 六方氮化硼  4

1.3 氮化硼片研究概况  5

1.4 本论文主要工作 6

2 理论基础 6

2.1 密度泛函理论  6

2.1.1 Hohenberg-Kohn定理 7

2.1.2 Kohn-Sham方程 7

2.1.3 局域密度近似(LDA)7

2.1.4 广义梯度近似(GGA)8

2.2 VASP软件包简介及其主要功能 9

3 理论模型与计算方法10

4 结果与讨论11

结论14

参考文献15

致谢16

1 绪论

近年来，以石墨烯(graphene)、氮化硼(BN)为代表的二维单层蜂窝状结构材料，由于其独特的电子性质、超高的力学强度和良好的柔韧性，已成为机电系统和柔性电子器件应用中的重要候选材料。然而单层石墨烯的半金属性和氮化硼的宽带隙绝缘特性在很大程度上限制了它们的应用范围。通过各种方法打开或控制它们的带隙成为当前研究的一个主要热点问题，其中力学形变就是一种常用的物性调控手段。

1.1 氮化硼纳米材料

氮化硼作为一种III-IV族化合物，是非常重要的无机非金属材料。由于它具有特殊的物理和化学性质且应用广泛，因此该类材料在室温条件下的合成及其性能研究成为近些年材料科学领域研究的热点之一。氮化硼根据B-N键杂化方式的不同，有四种常见的结构相，分别是:纤锌矿相氮化硼、立方相氮化硼、三方相氮化硼和六方相氮化硼。其中立方相氮化硼和纤锌矿相氮化硼的杂化方式是sp3，三方相氮化硼和六方相氮化硼是sp2杂化。不同物相的氮化硼都具有很好的化学稳定性、优秀的热力学稳定性、良好的机械性能和对多种金属呈现出惰性等共性，再加上不同物相的独特性能，使氮化硼成为制备耐腐烛、耐高温、抗福射材料和电子器件等方面的优选材料，在电子、机械、冶金、航空航天等高新科技领域也具有广阔的应用前景。[1] 以立方相氮化硼为例，因为它的晶体结构与金刚石相似，是目前己知的除金刚石外硬度最高的材料。但它的抗氧化性、耐高温性和对铁族元素表现出的惰性却比金刚石更优异，因此能替代金刚石作为制造机械加工产品的良好材料。