铜掺杂和氮功能化碳纳米管电导率的改进

本文研究了碳纳米管(CNTs)的电导率，特别关注掺杂的影响。我们采用第一性原理方法，研究了电子结构、声子色散以及电子-声子散射，以理解CNTs中有限温度下的电输运性质。我们的研究涵盖典型的金属和半导体性质的CNTs，特别强调常见缺陷如空位以及铜或氮掺杂（如吡啶式N、吡啶式N、石墨化N和氧化N）的影响。我们的理论研究表明，铜-CNT复合材料的电导性能显著提高，尤其是当半导体性质的CNTs功能化带氮时。掺杂会导致费米能级附近电子态密度发生显著变化，从而影响电导率。计算显示，某些功能基团（如N-吡啶式）比仅铜掺杂的CNTs使半导体性质的CNTs电导率提高约30倍。对于金属CNTs，电导率与现有实验数据一致，我们对N-吡啶式功能化导致电导率显著增加的预测与最近的实验结果一致，证明了掺杂在修改电导率方面的有效性。本研究为理解掺杂CNTs的电子性质提供了宝贵的见解，并为开发超高导电率CNT复合材料作出了贡献。