石墨烯體系材料第一性原理研究.pdf

1、石墨烯體系材料是一類具有優(yōu)秀物理性質和廣泛應用前景的晶體材料，包括單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯。
　　論文利用基于密度泛函理論(DFT)、密度泛函理論色散修正(DFT-D)、以及密度泛函微擾理論(DFPT)的第一性原理計算方法，通過QuantumEspresso軟件包對石墨烯體系材料的晶體結構和聲學性質進行了研究。主要結論有:
　　1.采用全局優(yōu)化方法對石墨體系的結構進行優(yōu)化。發(fā)現(xiàn):單層石墨烯和雙層石墨烯的晶格參數(shù)與文

2、獻報導一致;而多層石墨烯的晶格參數(shù)與文獻報道相差較大，層間距并沒有隨著層數(shù)的增加而增大，而是穩(wěn)定于0.323nm附近(理論上，隨著石墨烯層數(shù)的增加，其性質將趨近于體石墨的性質，層間距趨近于0.340nm)。
　　2.采用局部優(yōu)化的方式，通過分析體系層間相互作用能與層間距的關系確定了雙層石墨烯層間結合能為23.95 meV/atom，層間距為0.325nm，與文獻報導一致。
　　3.研究分析了石墨烯體系材料布里淵區(qū)中心點聲子振

3、動頻率、振動模對稱性以及光學活性，采用DFT-D方法考察了層間相互作用對計算結果的影響;隨著層數(shù)的增加，多層石墨烯頻率850cm-1和1600 cm-1附近的振動模出現(xiàn)劈裂，且劈裂的數(shù)目與層數(shù)呈正比;層間呼吸模的頻率隨層數(shù)的增加而增加，最終穩(wěn)定于42.3cm-1和162.8 cm-1。
　　4.聲子色散曲線的計算結果表明，無論單層還是雙層石墨烯，布里淵區(qū)中心附近，面內聲學支的頻率與波矢呈線形關系，面外聲學支的頻率與波矢的平方相關。