The invention discloses a method for realizing a torsion type of carbon nanotubes and their applications in sensors, the geometry structure of carbon nanotubes based on high order Cauchy Born criterion, and the reverse model of carbon nanotubes by this method, using the first principle and the related content of torsion of carbon nanotubes were analyzed by the photoelectric properties of torsion type carbon nanotubes (including energy band curve and the curve of the density of electronic states), and from the process to construct the sensor torsion type carbon nanotubes. The torsional carbon nanotube sensor obtained by the method has the characteristics of small volume, light weight and high photoelectric sensitivity, and can be applied to the fields of industrial production, sewage treatment, medical diagnosis and bioengineering.
【技术实现步骤摘要】
一种扭转型碳纳米管的实现方法及其在传感器上的应用
本专利技术涉及一种扭转型碳纳米管的实现方法及其在传感器上的应用,属于纳米材料
技术介绍
传感器作为实现自动检测和自动控制系统的首要环节,已经广泛渗透到工业生产、医学诊断、生物工程等领域。现代传感器的研发主要取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的研发,而半导体及介质材料的应用是其发展的主要趋势。传感器的敏感程度的提高以及传感器件日趋小型化已成为重要的发展方向。碳纳米管(CNT)自发现以来,便以其独特的物理化学性质被广泛应用于各种场景、创造新型复合材料和新功能器件,其是传感器中最有前景的发展方向之一。将碳纳米管作为传感器的敏感元件不仅可以大大提高器件的灵敏度、分辨率、响应速度等重要参数,还可以拓展感应传感器的检测领域。碳纳米管已被运用于多种领域,但是制备长直碳纳米管仍然不容易,在碳纳米管的制备过程中会出现大量的断裂现象,这些断裂一般是由扭转引起的。在较小扭转程度下,碳纳米管会发生形变且没有断裂;如果能够在较小的扭转角时就发现碳纳米管的变化,这会对碳纳米管的应用产生巨大的影响。扭转型碳纳米管传感器能够将扭转角与光电性能相结合,这可以提高传感性能。扭转型碳纳米管电子器件尺寸为纳米量级,电子波函数在垂直于轴线的截面受到强烈的限制,具明显的量子尺寸效应,碳纳米管的光电性能明显依赖于其几何结构,这可极大的提高碳纳米管传感器的灵敏度。碳纳米管的电子输运表现了与几何结构密切相关的量子干涉输运特征。微小结构变化将会导致巨大的光电性质差异,因而扭转角与光电性质之间的关系对微纳传感器尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目 ...
【技术保护点】
一种扭转型碳纳米管的实现方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:构建出碳纳米管的几何结构:所述碳纳米管由一石墨层卷曲而成,根据参数(m,n)来确定唯一的碳纳米管几何结构,根据不同的m,n值可建立不同的碳纳米管模型;步骤2:在坐标系下建立足够长的碳纳米管模型,选取其中一层碳原子作为起始层,并对其施加初始扭转角,得到该层碳原子旋转后的坐标;步骤3:利用分子动力学原理计算出其它碳原子弛豫后的坐标,得到扭转型碳纳米管的结构模型;步骤4:通过能带折叠法,由石墨能量色散关系可得出碳纳米管的能量色散关系;由于费米面附近石墨的电子性质主要由π电子决定,利用近似方法可得到紧束缚近似下π电子的能量色散关系
【技术特征摘要】
1.一种扭转型碳纳米管的实现方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:构建出碳纳米管的几何结构:所述碳纳米管由一石墨层卷曲而成,根据参数(m,n)来确定唯一的碳纳米管几何结构,根据不同的m,n值可建立不同的碳纳米管模型;步骤2:在坐标系下建立足够长的碳纳米管模型,选取其中一层碳原子作为起始层,并对其施加初始扭转角,得到该层碳原子旋转后的坐标;步骤3:利用分子动力学原理计算出其它碳原子弛豫后的坐标,得到扭转型碳纳米管的结构模型;步骤4:通过能带折叠法,由石墨能量色散关系可得出碳纳米管的能量色散关系;由于费米面附近石墨的电子性质主要由π电子决定,利用近似方法可得到紧束缚近似下π电子的能量色散关系步骤5:采用Recursion方法计算电子态密度:通过选定一种初始态|U0>,以局域原子轨道为基的哈密顿量做表象变换,重复该过程,得到电子态密度DOS(E);步骤6:得出所述碳纳米管的能量色散关系与电子态密度的特征曲线,并根据价带与导带的交叠情况得出其电学性能;步骤7:增加扭转角,重复步骤3~6,得出全部扭转型碳纳米管的能量色散关系曲线图与电子态密度曲线图。2.根据权利要求1所述的一种扭转型碳纳米管的实现方法,其特征在于,所述步骤1中:碳纳米管是由一石墨层沿卷曲而成(为石墨基矢,m,n为常数),螺旋角θ是与间的夹角半径令p=-(2n+m)/l,q=(2m+n)/l,l为(2n+m)与(2m+n)的最大公约数,碳纳米管的轴向周期长度为最小轴向平移周期单元内包含的六边形的个数N=2(m2+mn+n2)/l;以管轴向为Z轴方向,管中心为原点建立三维坐标系,碳纳米管向两端无限延伸。3.根据权利要求1所述的一种扭转型碳纳米管的实现方法,其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员:涂真珍,吕兰兰,王韦刚,
申请(专利权)人:南京邮电大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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