纯石墨烯与掺杂石墨烯的负热膨胀
介观与纳米尺度物理
2017-05-01 v1
摘要
石墨烯及其衍生物即使在高达1000K的温度下也以其较大的负热膨胀而著称。利用VASP软件在准谐近似下采用的从头算密度泛函微扰理论（DFPT）分析了二维蜂窝结构纯石墨烯和B/N掺杂石墨烯的线热膨胀系数（LTEC）。所需的基本要素之一是布里渊区中一组点的声子频率及其体积依赖性。这些由动力学矩阵获得，该矩阵使用VASP代码结合phonopy代码计算。特别地，横向声学模式（ZA）的行为与平面模式截然不同，其体积依赖性亦如此。首先使用该方法计算了纯石墨烯的热膨胀。结果与先前使用类似方法的计算一致。此后我们研究了硼和氮掺杂对LTEC的影响。发现石墨烯的LTEC在整个研究温度范围（0-1000K）内均为负值，其在室温（RT）下的值约为-3.26X10-6K-1。随着石墨烯中B/N掺杂，RT下的LTEC值变得更负。为了深入了解负热膨胀的原因，我们计算了各振动声子模式的贡献。我们注意到主要是ZA模式导致了负热膨胀。结论是，二维六方晶格中的横向模式在二维结构的许多热力学性质中起着重要作用。我们将研究扩展到计算h-BN薄片的LTEC。
引用
@article{arxiv.1704.08801,
title = {Negative Thermal expansion of pure and doped Graphene},
author = {Sarita Mann and Ranjan Kumar and V. K. Jindal},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.08801},
year = {2017}
}
备注
21 pages, 11 figures and 44 references. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1606.07656