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作为一种典型的准一维纳米功能材料,碳纳米管、硼氮纳米管的制备、性能以及物理机理已得到越来越广泛的研究。研究表明,它在力学、热学、电学、磁学和光学等方面表现出奇异的物理性能。这些奇异的物理性能预示着在众多领域具有广阔的应用前景,例如:微电子器件、复合材料增强体、平板显示器、高效储氢、散热装置等多种用途。由于纳米管沿圆周方向的有限尺寸,量子限域效应使其态密度在费米面附近出现对称且尖锐的范·霍夫奇点峰,这些范·霍夫奇点峰之间的电子跃迁反映了碳纳米管的一维电子特征。因此,研究碳纳米管、硼氮纳米管的电学和光学性质对于揭示纳米管的电子态的限域效应并解释光谱实验具有重要的理论意义。
本论文共分为五部分。
第一章介绍了碳纳米管和硼氮纳米管的发现,制备,性质和应用。
第二章首先介绍了碳纳米管和硼氮纳米管的几何结构及其能带结构,其次采用转移矩阵方法研究硼氮纳米管态密度,并讨论了管长、管径和螺旋度与其带隙的关系。最后介绍了固体的光性质。
第三章研究了碳纳米管的电导,讨论了锯齿型和扶手型单壁碳纳米管的电导与管长、管径、螺旋度以及卷曲效应的关系。研究结果表明电导沟与管径成反比关系;在费米能附近,电子输运不仅与管径和管长紧密相关,而且电子在不同能量下可能出现弹道的、扩散的和经典的三种不同输运特征。
第四章计算碳纳米管和硼氮纳米管的联合态密度,讨论了这两种管联合态密度和几何参量的关系,并进一步计算了碳纳米管的光吸收和介电函数。
第五章对本工作做了一个总结,并对将要开展的研究提出了一些设想。