基于第一性原理与机器学习的C60富勒烯二维网络结构、电子、热与力学性质研究
材料科学
2023-07-13 v1
摘要
近期关于具有各向异性和纳米多孔晶格的C60基富勒烯二维（2D）网络实现的实验报道代表了一项重大进展，并为开发一类新型纳米材料创造了令人振奋的前景。本工作中，我们采用理论计算探索新型C60基富勒烯晶格，并随后评估其稳定性与关键物理性质。在对大量结构进行能量最小化后，我们可探测到与孤立C60笼能量接近的新型2D、1D及多孔碳C60基网络。密度泛函理论结果确认，C60基网络可展现出显著的热稳定性，并依据其原子结构呈现金属性、半金属性或半导体性电子性质。利用机器学习原子间势，研究了所预测纳米多孔2D晶格的热与力学响应。所估算的C60富勒烯准六方相的热导率与实验测量极为吻合。尽管原子结构不同，富勒烯纳米片的各向异性室温晶格热导率估计在10 W/mK量级。与大多数碳基2D材料不同，C60基对应物被预测明显呈现正热膨胀系数。发现多孔碳C60基网络展现出优越的力学性质，其拉伸强度与弹性模量分别达到50和300 GPa的极高值。本工作给出的理论结果对C60基富勒烯网络的结构、能量、电子、热与力学性质提供了全面认识。
引用
@article{arxiv.2307.06209,
title = {Structural, electronic, thermal and mechanical properties of C60-based fullerene two-dimensional networks explored by first-principles and machine learning},
author = {Bohayra Mortazavi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.06209},
year = {2023}
}