鎂原子與摻雜石墨烯吸附體系的微觀結構分析

山西中北大學機電工程學院 向豐華

鎂原子與摻雜石墨烯吸附體系的微觀結構分析

山西中北大學機電工程學院 向豐華

運用密度泛函理論對鎂原子與摻雜石墨烯之間的吸附反應進行了第一性原理計算，研究了摻雜原子對石墨烯以及鎂原子吸附對摻雜石墨烯的微觀結構影響。本文為鎂原子與石墨烯的實驗研究提供了重要的理論基礎，具有重要的實踐指導意義。

密度泛函；鎂原子；石墨烯；微觀結構

引言

鎂基復合材料擁有優異的力學和物理性能，但其彈性模量普遍偏低從而極大地限制了其在結構材料領域的廣泛應用。石墨烯具有高彈性模量（約1TPa）與斷裂強度（約125GPa）［1］，將石墨烯作為鎂基復合材料的增強相，能有效地提高鎂金屬及鎂合金的強度、彈性模量等性能。因此研究鎂與石墨烯的界面反應是該領域研究的重要課題。由于本征石墨烯是帶隙為零的半導體［2］且本征石墨烯這種帶隙為零的能帶結構容易受到各種外在因素的影響，例如空位缺陷、表面吸附、晶格畸變以及摻雜等。這些因素的影響會導致本征石墨烯的帶隙打開，同時帶來各種獨特的性質，從而會對鎂與石墨烯的相互作用造成影響。因此，本文主要從硼（B）、氮（N）和硅（Si）三種非金屬元素摻雜石墨烯的角度出發，對鎂原子與摻雜石墨烯吸附體系的結構性質進行研究。

1 吸附模型與計算參數

1.1 吸附模型的建立

首先，建立一個4×4周期性石墨烯超晶胞，模型中碳碳鍵長為1.425，超晶胞晶格常數a=b=9.870。……