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摘要在二文层状材料的制备过程中，不可避免地会引入各种缺陷，比如 Stone-Wales 缺陷、空位缺陷和吸附原子，当材料在衬底上或者被施加应力后就可能使原子面弯曲变形，产生缺陷。这些缺陷会对材料的能带结构，载流子的迁移率，电导率等电学性质产生重要影响。研究缺陷对二文层状材料的影响，有助于实验中引入缺陷，对二文层状材料的性能进行调控，实现纳米材料的设计。但目前在研究缺陷相互作用的时候都忽略了范德华力的影响，我们在研究大团簇的硅烯和石墨烯缺陷的过程中发现范德华力显著影响缺陷的形成能，因此，研究范德华力对二文层状材料中的缺陷集团的影响是非常有意义的，我们可以通过密度泛函理论的第一性原理计算方法，来计算二文层状材料之间的相互作用，从而来研究范德华力对二文层状材料中缺陷集团的影响。这样就能更好的在材料中引入缺陷改变材料的性能，得到更理想的材料。32311
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毕业论文关键词 二文层状材料 第一性原理 范德华力 缺陷
Title The effect of Van der Waals force in the defects clustes oftwo-dimensional materials
Abstract Defects are almost inevitable during the fabrication process, such as Stone-Walesdefects, vacancies and adatoms. When the materials are laid on the substrates orunder stress, the atomic bonds should be bending and result defects. The existenceof defects strongly affects the electrical properties, carrier mobility andconductivity of two-dimensional (2D) material. Theoretical study on the formationand evaluation of defects would give the hints for experimental research.Controlling the defect structures provides an effective approach on tuning themagnetic moment and band gap of materials, which shows a promising applicationpotential in nanoscale materials and devices. However, the former study on theinteraction of defects have ignored the influence of van der Waals forces. Ourresults show van der Waals forces is very important in the formation energy oflarge clusters defects in silicene and graphene. Therefore, it is very significantto study the effects of the van der Waals forces. Using first-principles densityfunctional theory we systemically calculate the interaction of defects in the 2Dlayered material.
Keywords two-dimensional layered materials The first-principles method
目次
1绪论....1
1.1石墨烯....1
1.2硅烯...1
1.3范德华力2
1.4二文层状材料中的缺陷及其影响3
1.5DFT方法的介绍以及计算机模拟的优点....4
2硅烯中缺陷的稳定性和电学性能.5
2.1简介5
2.2硅烯中空位的重构和合并..6
2.3硅烯中扩展线缺陷的结构和稳定性.9
2.4硅烯上硅原子的吸附和扩散.10
2.5吸附了原子结构的电磁性10
3范德华力对二文层状材料缺陷的影响.13
3.1Stone-Wales缺陷(SW)....13
3.2空位缺陷（vacancy-defects）14
3.3线缺陷的距离对形成能的影响..14
3.4范德华力对不同材料缺陷形成能的影响...16
致谢....18
参考文献....19
附录...22
1 绪论
1.1 石墨烯自从2004年英国曼彻斯特大学的Geim等使用将胶带粘在一块石墨上然后再撕下来的简单方法首次制备并观察到单层石墨烯以来(graphene)，石墨烯由于优越的力学和电学性能而受到了广泛的关注。此后对于石墨烯的研究越来越多,制备方法也层出不穷。石墨烯是由单层751角原胞碳原子通过 SP2杂化构成的蜂窝状二文网络结构，是一种独特的二文晶体。石墨烯有着很独特的性能，在科研和生产上，石墨烯有着广泛的实际应用，如在复合材料方面的应用：石墨烯独特的物理、化学和力学性能为复合材料的开发提供了原动力，利用石墨烯可望开辟更多新颖的应用领域；在晶体管方面的应用：石墨烯的电子传导速率比一般的半导体都要大得多，利用石墨烯制成的晶体管不仅体积小、价格低廉，而且用于开启和关闭的电压十分低，所以灵敏度更高、更快，耗能就越；在储氢方面的应用：石墨烯具有单层原子厚度的二文结构，有着较高的导电性和较大的表面积，化学稳定性好，所以是用作储氢材料的最佳候选材料；在生物传感器方面的应用：石墨烯具有良好的导电性能，各类应用石墨烯来修饰电极的生物传感器被广泛研究并应用于对生物物质的检测。正因为石墨烯在生产和科研中有着十分广泛的应用，所以针对不同的应用需要改变石墨烯的某些性能，这就需要对石墨烯进行深度的研究，包括它的结构、存在的缺陷以及影响缺陷的因素等，这样才能更好的改善石墨烯的性能。