C50纳米管的结构特性研究(2)

3.3.3 C50纳米管的结构稳定性...11

3.3.4 C50纳米管的振动光谱分析... 13

3.3.5 C50纳米管的 NBO分析.... 14

结论.18

致谢..19

参考文献....20
1第一章绪论
1.1 团簇简介在上世纪七十年代，人们对团簇进行研究，用时十年才有突破性的进展。团簇，分为原子团簇和分子团簇，团簇的形成，是通过数量不一的分子，或者是原子，通过结合力而形成，这种结合力可以是物理结合力，也可以是化学结合力。团簇的空间几何结构、电子结构、磁学和光学等性质是伴随着团簇里面所包含的粒子的数目变化而变化的。对于团簇来说，分子或者是原子的数量，可以是几个，也可以是成百上千个。换言之，团簇就是相对来说比较稳定的微观或者是亚微观的聚集体。团簇物理是一门复杂的包含多种学问的学科，如果要对它进行研究，就需要学习原子分子、量子化学、凝聚态、电子计算机技术等一系列相关的知识。对团簇进行性质的研究，有助于认识大块凝聚物质的相关性质和变化规律[1]。团簇大小不一，小的可为几纳米，大的可达到几百纳米。我们将团簇视为宏观物质（固体或液体）和微观物质（原子或分子）之间一个新的层次结构的集合。换言之，它是各种物质由原子（或分子）向宏观物质的转换过渡状态，它通常被认为是凝聚态物质的初始状态。因为团簇的规模处在原子和宏观体之间，所以显示出许多独特的光、电、磁等特性，这些都吸引了来自世界各地的科学家的关注。在原子数量相对较少的团簇中，每增加一个原子或者分子，团簇的稳定构型就会随之发生较大的变化。但是当团簇的大小增加至一定的范围后，团簇渐渐地变成大块的体相结构。团簇有着很多独特的性质。如气态、液态、固态三种物质形态可以同时存在也可以相互转换，除此之外，团簇还有着一定的化学活性、源[自-751^-论/文'网·www.751com.cn 电子特性、催化效应等。通过对这些特性的研究，可以促进许多新物质、新材料以及新科学的形成和发展。同时，对许多学科的形成和发展有着很大的促进作用，如现代物理学、现代化学、生物学、量子力学、量子化学等。在材料、化工、生物、医药、航空、天体以及能源等领域都有着广阔的应用前景。人们也越来越重视对团簇的探讨和研究[2]。一般来说，纳米量级的团簇在宏观状态下无法以固体的状态存在，只有在比较特殊的环境下才能以微量气体存在。小尺寸团簇原子数量虽少，但通过实验寻找稳定结构的成本太大，由于现阶段研究的水平有限，很难确定团簇的几何性质及电子结构，所以在此前提下，团簇的稳定性结构作为研究团簇其他电子特性的基础，利用模拟软件计算得到是比较好的方法。稳定性是团簇重要的物理特征之一，主要由波谱性质表达，在红外光谱图和拉曼光谱图中，随着原子数的递增，团簇的强度会出现峰值，即此原子数目的团簇稳定性最强。要准确计算团簇的波谱性质，还需要研究水平的不断提高。作为新型材料的团簇其结构与微观宏观物体都不相同。团簇广泛存在于自然界和人类实践活动中，联系了物理学和化学两大学科，成为材料科学新的生长点。历史表明，每一次新材料的发现都会带动科技和社会的发展。团簇因为在基础科学和新型功能材料应用方面具有很重要的意义。所以人们很重视。团簇的科学研究属于多学科的交叉范畴，开展团簇研究能推动原子分子物理、凝聚态物理、量子化学、表面科学、材料科学等多个学科的积极发展[3]。
1.2 C 纳米管的概念及意义碳纳米管，又被称作巴基管，是一种一维量子材料，具有很特殊的结构。碳纳米管有很多的特点，它的发现让科学家们对准一维材料研究的产生了极大的兴趣，因为它有着独特的结构和优良的物理、化学性质。近几年来，随着研究者对碳纳米管的不断深入研究，碳纳米管的制备技术得到了很大发展。纳米管在实际生活中的生产应用对人类产生了很大影响。同时，人们在在对碳纳米管进行深入研究的同时，也逐渐加大了对掺杂纳米管的研究（在本论文中，提及 C50@H2）。首先来说，碳纳米管的重量是非常轻的，再者，碳纳米管拥有着非常完美的结构连接，也就是六边形的结构，正是因为如此，碳纳米管具有着很多非常独特的有关电学、力学和化学的一系列优良的性能。最近这些年来，科研人员对碳纳米管和纳米材料一直进行着深入的研究，纳米管和纳米材料广阔的应用空间也正在不断地被人们一步步发掘出来[4]。在 C 纳米管中，C 原子主要是以以 sp2 杂化为主的，但同时，由于六角型网格这样的结构或多或少在一定程度上存在着弯曲，这样就造成了拓扑的空间结构，所以，在纳米管中，有一些的 sp3 杂化键，这也就是说，在 C 纳米管中，C原子与 C 原子之间所形成的化学键，同时有着 sp2 杂化和 sp3 杂化，这是一种混合杂化状态。碳纳米管可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，化学结构比较简单，相比较而言，多壁碳纳米管表面要活泼得多。当 C 纳米管管壁层数逐渐增多时，其表面的化学结构就会变得越来越复杂，缺陷增多，化学反应增强。内层原子比外层院子的化学结构要简单一点，外层的结构组成要复杂一点。同时，外层的碳原子会有无定形 C沉积，这样就使得表面的 C 原子具有各异的表面微环境，因此，物理结构和化学结构就不均一，从而能量也就不均一[5]。 C50纳米管的结构特性研究(2):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_64001.html