硅纳米管的稳定性及性能的理论研究.docx

硅纳米管的稳定性及性能的理论研究李小祥 , 唐元洪 , 裴立宅(湖南大学材料科学与工程学院 ,长沙 410082 )摘要 :硅纳米管 ( SiN Ts)是一种继碳纳米管 ( CN T)和硅纳米线 ( SiNW s)之后的全新一维纳米材料 。文中介绍了硅纳米管理论研究的必威体育精装版进展 ,主要从理论上对硅纳米管的稳定性 、稳定存在的形式及其性能 ,包括导电性能 、热稳 定性能 、机械性能等进行了综述 ,最后 ,探讨了硅纳米管的发展前景并提出展望 。关键词 :硅纳米管 ;稳定性 ;性能中图分类号 : 0462文献标识码 : A文章编号 : ( 2006 ) 0420884 205Theore t ica l Re sea rch on S ta b il ity an d Ca pa b il ity of S il icon Nan o tube sL I X iao2x iang, TAN G Yuan 2hong, PE I L i2zha i( Co llege of M a te ria ls Sc ience and Enginee ring, H unan U n ive rsity, Changsha 410082 , Ch ina)( R eceived 26 D ecem ber 2005 )A b stra c t: Silicon nano tube is a k ind of b rand2new nano2m a te ria l fo llow ing ca rbon nano tube and siliconnanow ire. The recen t theo re tica l deve lopm en ts of silicon nano tube we re in troduced in th is p ap e r. The stab ility, stab ility fo rm a tion, cap ab ility inc lud ing conduc tivity, ca lo ric cha rac te rs and m echan ica l p rop e rty of silicon nano tube we re demon stra ted re sp ec tive ly. A t la st, the p rom ising p ro sp ec t of silicon nano tube wa s d iscu ssed.Key word s: silicon nano tube; stab ility; p rop e rty1 引言自从 1991年日本电镜专家 Iijim a博士在高分辨电镜下发现了碳纳米管以来 [ 1 ] ,一维纳米材料就引起了各国研究人员的极大兴趣 。硅是现代电子工业主要半导体原料 ,它的一维纳米材料同样也具有半导体性能 , 容易与现有的硅工业制备工艺兼容 ,是一种在集成电路新领域极有应用前景的新型材料 。近几年 ,人们对硅 的一维纳米结构进行了大量的研究 ,成功地制备出硅纳米线等一维纳米材料 [ 2 24 ] 。作为碳的同一族元素硅是 否具有与碳纳米管相同的管状结构 ,其纳米管是否具有很好的稳定性以及其它性能 ,比如 : 导电性能 、磁性 能 、机械性能 、热稳定性能等 ,人们对这些问题进行了比较深刻的理论讨论 ,并取得了一定的成果 。2 硅纳米管的稳定性虽然硅和碳元素属于同一族的元素 ,但是由于硅比碳多一层电子 ,使得硅和碳元素形成的一维纳米材料 有一定的差别 。因为硅元素的核外电子较多 ,产生较强的电子屏蔽作用 ,使得硅元素的 s轨道和 p轨道上的收稿日期 : 2005 212 226基金项目 :国家高等学校博士点基金 (No. 20040532014 )及教育部新世纪优秀人才基金 (NCET204 20773 )资助项目作者简介 :李小祥 ( 1982 2) ,男 ,湖南省人 ,硕士研究生 。 E2m a il : L ix@ 163. com通讯作者 :唐元洪 , E2m a il: yh tang@ hun. cn第 4期李小祥等 :硅纳米管的稳定性及性能的理论研究885电子能级相差比较小 , 大约只有碳元素的一半 , 两者 s轨道和 p轨道上的电子能级差分别为 ΔE = E3p 2E3 s =5. 66 eV ,ΔE = E2p 2E2 s = 10. 60 eV。因而激化碳元素 p轨道上的电子比较难 ,一次只能激化一个电子 ,所以碳元素存在 sp、sp2 、sp3 三种稳定的杂化形式 ;然而硅元素 p轨道上的电子比较