硼烯结构力学性能和储锂的第一性原理研究

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1、学校代码10530学号201510181906分类号O482密级公开硕士学位论文硼烯结构力学性能和储锂的第一性原理研究学位申请人陈慧指导教师丁燕怀教授唐现琼讲师学院名称土木工程与力学学院学科专业一般力学与力学基础研究方向新材料力学性能二零一八年五月十四日ThefirstprinciplestudyonthemechanicalpropertiesandLi-storageofborophenestructureCandidateChenHuiSupervisorProfessorDingYanHuaiCollegeCivilEngineeringandMechanicsProgr

2、amGeneralandFundamentalMechanicsSpecializationMechanicalPropertiesofNewMaterialDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDate2018,5,14湘潭大学硕士学位论文摘要二维纳米材料具有优异的物理和化学性质，在微纳米电子器件、能源储存和环境保护等方面具有重要的应用价值。石墨烯的发现为科研人员寻找其它二维纳米材料提供了动力。随之而来许多二维纳米结构如硅烯、单层二硫化钼、黑磷烯等相继成功地通过实验获得，并且这些二维纳米材料在力学、热学、电磁学

3、、光学等方面有诸多的优点和应用价值。这些研究掀起了二维纳米材料研究的热潮。硼和碳在元素周期表中是相邻元素，所以二维硼纳米结构也引起了人们的关注。大量的理论和实验研究发现，二维硼烯独特的几何结构和电子性质在储能、催化、微纳电子学等领域有着很好的应用前景。本文主要利用第一性原理中的密度泛函理论对硼烯纳米结构进行力学和电化学储能等方面的系统研究。主要内容包括：(1)不同结构的硼烯力学性能。首先计算了单层硼烯的力学性能，得到了单轴拉伸下的理想应力应变关系曲线、杨氏模量和极限应变等参数，验证了模型和计算方法的准确性；随后，计算了层数对硼烯力学性能的影响；最后，研究了双层硼烯储锂的力学性能。

4、(2)磷原子掺杂硼烯的储锂容量、结合能和开路电压。建立了磷原子掺杂硼烯的计算模型，系统地研究了磷原子掺杂对硼烯电子结构的影响。通过计算储锂后的开路电压确定磷掺杂硼烯的最大储锂容量。(3)空位对硼烯储锂性能的影响。建立了包含空位的硼烯模型，计算了含有空位结构的硼烯最大储锂容量，以及储锂后的开路电压。结果表明含空位缺陷硼烯结构是稳定的。与完美硼烯结构相比，含空位缺陷硼烯对锂原子的结合能，理论容量略有提高，且能获得较高的开路电压。期望上述研究能为硼烯的实验室制备，特别是硼烯的功能设计及其在储能领域的应用打下基础，同时也为其它二维纳米材料的设计和开发提供参考。关键词：硼烯；第一性原理；锂

5、离子电池；杨氏模量；开路电压I湘潭大学硕士学位论文AbstractTwo-dimensionalgraphenehaswideapplicationsinmicro-andnano-electronicdevices,energystorageandenvironmentalprotectionduetoitsunusualphysicalandchemicalproperties.Thediscoveryofgrapheneprovidesimpetusforseekingothernewtwo-dimensionalnanomaterials.Manytwodimension

6、alnanomaterialssuchassilene,singlelayermolybdenumdisulfide,andblackphosphenehavebeensuccessfullypreparedthroughexperiments.Two-dimensionalmaterialshavebeenahotresearchtopicinboththeacademyandindustry.Becauseboronandcarbonareadjacentelementsintheperiodictable,two-dimensionalborophenehasattract

7、edmuchattention.Alargenumberoftheoreticalandexperimentalstudiesindicateborophenehasahugepotentialinenergystorage,catalysisandotheremergingfieldsbecauseofitsuniquegeometricstructureandelectronicproperties.Inthispaper,thedensityfunctionaltheory