一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法技术

本发明专利技术提供一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法，包括以下步骤：将不同宽度的二维褶皱材料分别沿两个周期方向卷曲，构建得到不同管径大小的扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，然后对其进行原子弛豫，获得稳定的结构；分别计算纳米管的能带和态密度；计算不同应力条件下纳米管的能带结构，分析其电学行为；计算纳米管的杨氏模量。本发明专利技术通过模拟计算方法使二维褶皱材料沿两个不同周期方向卷曲，构建得到扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，并通过第一性原理计算方法对构建得到的纳米管电学性质以及应变对其电学行为的调控进行了系统研究，能够了解不同二维褶皱纳米管的性能，为新材料的设计提供了思路。了思路。了思路。

【技术实现步骤摘要】
一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法


[0001]本专利技术涉及模拟计算
，具体而言，涉及一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法。

技术介绍

[0002]自碳纳米管问世以来，大量的理论和实验研究成果证明了碳纳米管拥有丰富多样的性能。由于纳米管具有纳米级的尺寸，特殊的管状结构和优良的物理化学特性，使其在纳米材料级电子元器件的应用领域具有巨大潜力。
[0003]其中，碳纳米管从结构上可以视为由二维石墨烯材料验证一定的方向卷曲而成的材料。而碳纳米管为二维平面材料卷曲形成的，目前尚没有二维皱褶材料制得的纳米管的相关研究，对其性能也没有了解。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何提供一种二维褶皱材料纳米管的结构设计和性能分析方法，研究二维褶皱材料形成的纳米管的性能，为新材料的设计和计算提供思路。
[0005]为解决上述问题中的至少一个方面，本专利技术提供一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、将不同宽度的二维褶皱材料分别沿两个周期方向卷曲，构建得到不同管径大小的扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，然后对其进行原子弛豫，获得稳定的结构；
[0007]步骤S2、分别计算所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的能带和态密度；
[0008]步骤S3、计算不同应力条件下，所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的能带结构，分析其电学行为；
[0009]步骤S4、计算所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的杨氏模量。
[0010]优选地，所述二维褶皱材料包括GeS、GeSe、SnS或SnSe。
[0011]优选地，所述步骤S1中，采用第一性原理计算软件VASP基于密度泛函理论采用投影缀加波方法进行密度泛函理论计算，在广义梯度近似Perdew
‑
Burke
‑
Ernzerhof交换泛函下进行原子弛豫。
[0012]优选地，截断能设置为450eV，k点网格设置为1
×1×
17，能量和力的收敛阈值分别设置为10
‑4eV和
[0013]优选地，在所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的非周期方向上设置的真空厚度。
[0014]优选地，所述扶手椅型二维褶皱纳米管包括11
‑
11、13
‑
13、15
‑
15、17
‑
17和19
‑
19纳米管，所述锯齿型二维褶皱纳米管包括11
‑
0、13
‑
0、15
‑
0、17
‑
0和19
‑
0纳米管。
[0015]优选地，所述步骤S3中，计算所述扶手椅型二维褶皱纳米管在应变为
‑
8％～8％范围内的能带结构。
[0016]优选地，所述步骤S3中，计算所述锯齿型二维褶皱纳米管在应变为
‑
6％～6％范围内的能带结构。
[0017]优选地，所述步骤S4中，在所述扶手椅型二维褶皱纳米管或所述锯齿型二维褶皱纳米管的轴向上施加不同的弹性形变，并在每个形变过程中对所有原子进行完全弛豫，得到每个形变时所述扶手椅型二维褶皱纳米管或所述锯齿型二维褶皱纳米管的结合能，对所述弹性形变和所述结合能拟合曲线即可得到杨氏模量结果。
[0018]优选地，所述弹性形变的范围为
‑
1.75％～1.75％。
[0019]本专利技术通过模拟计算方法使二维褶皱材料沿两个不同周期方向卷曲，构建得到扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，并通过第一性原理计算方法对构建得到的纳米管电学性质以及应变对其电学行为的调控进行了系统研究，能够了解不同二维褶皱纳米管的性能，为新材料的设计提供了思路，加快了新材料的开发效率。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例中二维褶皱材料纳米管性能分析方法的流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例中11
‑
11和19
‑
19扶手椅型GeS纳米管结构示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例中11
‑
0和19
‑
0锯齿型纳米管结构示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例中扶手椅型GeS纳米管的能带结构和态密度图；
[0024]图5为本专利技术实施例中锯齿型GeS纳米管的能带结构和态密度；
[0025]图6为本专利技术实施例中11
‑
11扶手椅型GeS纳米管在不同应变条件下的能带结构图；
[0026]图7为本专利技术实施例中11
‑
0锯齿型GeS纳米管在不同应变条件下的能带结构图；
[0027]图8为本专利技术实施例中11
‑
11，13
‑
13和15
‑
15扶手椅型GeS纳米管形变和结合能拟合曲线图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
[0030]本专利技术实施例提供一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0031]步骤S1、将不同宽度的二维褶皱材料分别沿两个周期方向卷曲，构建得到不同管径大小的扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，然后对其进行原子弛豫，获得稳定的结构；
[0032]步骤S2、分别计算扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管的能带和态
密度；
[0033]步骤S3、计算不同应力条件下，扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管的能带结构，分析其电学行为；
[0034]步骤S4、计算所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的杨氏模量。
[0035]通过模拟计算方法使二维褶皱材料沿两个不同周期方向卷曲，构建得到扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，并通过第一性原理计算方法对构建得到的纳米管电学性质以及应变对其电学行为的调控进行了系统研究，能够了解不同二维褶皱纳米管的性能，为新材料的设计提供了思路，加快了新材料的开发效率。
[0036]其中，二维褶皱材料包括GeS、GeSe、SnS或SnSe。
[0037]步骤S1中，通过将不同宽度的二维褶皱材料沿两个周期方向卷曲构建得到不同管径大小的扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，其中，二维褶皱材料的初始宽度决定了卷曲后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维褶皱材料纳米管性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将不同宽度的二维褶皱材料分别沿两个周期方向卷曲，构建得到不同管径大小的扶手椅型二维褶皱纳米管和锯齿型二维褶皱纳米管，然后对其进行原子弛豫，获得稳定的结构；步骤S2、分别计算所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的能带和态密度；步骤S3、计算不同应力条件下，所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的能带结构，分析其电学行为；步骤S4、计算所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的杨氏模量。2.根据权利要求1所述的二维褶皱材料纳米管性能分析方法，其特征在于，所述二维褶皱材料包括GeS、GeSe、SnS中SnSe的其中一种。3.根据权利要求2所述的二维褶皱材料纳米管性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用第一性原理计算软件VASP基于密度泛函理论采用投影缀加波方法进行密度泛函理论计算，在广义梯度近似Perdew
‑
Burke
‑
Ernzerhof交换泛函下进行原子弛豫。4.根据权利要求3所述的二维褶皱材料纳米管性能分析方法，其特征在于，截断能设置为450eV，k点网格设置为1
×1×
17，能量和力的收敛阈值分别设置为10
‑4eV和5.根据权利要求2所述的二维褶皱材料纳米管性能分析方法，其特征在于，在所述扶手椅型二维褶皱纳米管和所述锯齿型二维褶皱纳米管的非周期方向上设置的真空厚度。6.根据权利要求2所述的二维褶皱材料纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏亚东，李伟奇，库睿麒，李兴冀，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：