一维硼碳纳米结构及其性质的研究

一维纳米结构是当今纳米科学研究的热点。碳和硼纳米结构具有类似的结构特征和丰富的性质，在纳米器件应用中具有突出的优势。硼和碳的一维纳米结构具有尺寸敏感的电子性质，而通过硼碳组份和尺寸的变化和剪裁，可能产生优异性能的纳米量子器件。本项目的研究目标是通过对于一维硼碳纳米结构及其性质的计算，预言新型的硼碳纳米结构。我们将深入研究不同硼组分下，有序的硼原子分布对于硼碳纳米结构及物理性质的影响，边界受限和封闭受限等不同受限情况下对于纳米管、纳米带的稳定性及电子性质的影响。预言硼碳纳米管和纳米带稳定结构及随组分、尺寸和手征性的变化规律。发展对于硼碳纳米结构的双中心键和多中心键组合的有效模型，并且能够描述其掺杂吸附后的物理性质。了解硼和碳原子的不同活性对于掺杂和吸附的选择性影响，预测硼碳纳米结构作为性能优异的低维光电子材料、磁性半导体的可能性。为发展新型纳米材料和器件提供物理模型和理论预言。

碳和硼纳米结构具有类似的结构特征和丰富的性质，在纳米器件应用中具有突出的优势。硼和碳的纳米结构具有尺寸敏感的电子性质，而通过硼碳组份和尺寸的变化和剪裁，可能产生优异性能的纳米量子器件。在本项目的研究中，我们发现采用钙和锂原子在硼碳纳米结构上吸附，解决了储氢时金属原子的抱团问题。利用钙和锂吸附后的硼碳平面做储氢材料，氢质量百分比在8wt%和10wt%以上，氢分子平均结合能在0.2-0.6eV之间。钙和锂吸附后的硼碳平面是理想的储氢材料。我们研究氢化硼碳平面的电子性质，发现通过逐步氢化，会出现了半导体―半导体―金属转变。氢化硼碳体系可以提供间接带隙半导体、直接带隙半导体和金属三种不同性质的物性转变。我们发现所有的半氢化的硼碳纳米面都是半金属，并且在室温下是稳定的。我们发现BC3中替代掺杂Fe，Co和Ni具有很好的稳定性并能够有效地调节纳米结构的电子与磁性质。我们发现通过改变原子缺陷可以使得BC3体系出现稳定的磁性金属、磁性半导体、无磁的半导体性质。我们研究发现含拓扑线缺陷石墨烯纳米带中的半金属性以及石墨表面一维扩展晶界在费米能级附近的平的能带。以上研究表明硼碳纳米结构能够成为性能优异的低维光电子材料、磁性半导体。