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中文摘要

新型6,6,12-石墨炔纳米管的理论研究

石墨炔是继石墨烯之后，一种全新的二维碳纳米材料。我们可以把它看作是

在石墨烯的网格结构中有序的插入碳-碳三键C≡C所得的产物。在石墨炔中碳

原子之间以sp、sp2和sp3三种杂化状态存在，从而造成了石墨炔的多样性，

例如：α-、β-、γ-、6,6,12-石墨炔等。由于sp杂化形成的碳-碳三键具有线性结构，

无顺反异构体和高共轭等优点，因此由炔键连接碳原子所形成的石墨炔具有丰富

的化学键、大的共轭体系、优良的化学稳定性，被誉为是最稳定的一种人工合成

的二炔碳的同素异形体。众所周知，二维材料石墨烯可以沿着一定方向的手性矢

量卷曲成碳纳米管。同理，二维的石墨炔也可以卷曲成石墨炔管，随着科学技术

的不断进步，近年来人们用科学的实验和理论方法对一些石墨炔管进行了深入的

研究。

6,6,12-石墨炔的原包是一个矩形，这与石墨烯的菱形原包明显不同。沿着其

矩形原包所具有的两个不同长度的侧边方向，可以将其卷成不同的空心圆柱体结

构，从而得到两种不同类型的石墨炔管：(N,0)和(0,N)。本文通过密度泛函理

论，研究了当N从3变化到20时，不同石墨炔管的力学性质和电子结构。研究

结果表明，与石墨烯卷成的碳纳米管明显不同，(N,0)型6,6,12-石墨炔管的杨氏

模量不是确定不变的常数，而(0,N)型6,6,12-石墨炔管却一直在0.32TPa左右

保持不变；通过能带结构和态密度图的计算发现，当N≥4时，(N,0)型6,6,12-

石墨炔管的能带图中开始出现狄拉克点，然而(0,N)型6,6,12-石墨炔管却是一个

窄带半导体，带隙大约在5.5247.3meV。

关键词：

6,6,12-石墨炔，纳米管，杨氏模量，能带结构

I

Abstract

Novelcarbonnanotubesrolledfrom6,6,12-Graphyne

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Theversatileexibilityofcarbonhybridizationstates(sp,spandsp)between

carbonatomsresultsinawidevarietyofallotropicstructuresinnature.Suchas

carbonnanotubes,graphene,graphyne,et.Graphyneisanotheranotherinteresting2D

carbonallotrope,composingofoneatom-thicksheetswithbothspinadditiontosp2

hybridizedcarbonatoms.Severaldifferentstructuresofgraphyne(α-、β-、γ-and

6,6,12-graphynes)canbeobtainedbyinsertingacetyleniclinkagesintohoneycomb

structureofthepristinegraphene.Thesingleandtriplebondsbetweenthecarbon

atomsinthehoneycombstru