مطالعه نظری اثر وارد کردن ناخالصی لیتیوم بر ساختار نواری نانولوله گرافدین

مقدمه: گرافدین تک لایه، یک ساختار دو بعدی متشکل از هیبریدهای sp و sp2 اتم کربن است. اتم های کربن با هیبرید sp2 یک حلقه شش گوشی تشکیل می دهند که این حلقه ها توسط اتصالات دی استیلنی sp به یکدیگر وصل می شوند [1].روش: محاسبات براساس نظریه تابعی چگالی و پتانسیل تبادلی- همبستگی با تقریب شیب تعمیم یافته GGA انجام شده است. برای انجام محاسبات از کد نرم افزاری سایستا استفاده شده است[2-3] . انرژی قطع بهینه 200Ry و تعداد نقاط k به صورت (5×1×1) در محاسبات مورد استفاده قرار گرفت. برای جلوگیری از برهمکنش های بین دو صفحه مجاور یک لایه خلا برابر 20 Åدر جهت های غیرتناوبی لحاظ شد. سپس سیستم بطور کامل واهلش گردید تا نیروی وارد بر هر اتم کمتر از eV/Å 0.01 شود. نتایج و بحث: در این پژوهش خواص ساختاری و الکترونی نانولوله زیگزاگ (2,2) گرافدین در حالت خالص و با ناخالصی لیتیوم به روش تابعی چگالی مطالعه گردید. بررسی ساختار نواری و چگالی حالت ها نشان می دهد که نانولوله خالص گرافدین نیمرسانایی با گاف نواری مستقیم 0.65eV در نقطه گاما است. با وارد کردن ناخالصی لیتیوم، نانولوله رفتار فلزی از خود نشان می دهد. بررسی متوسط انرژی بستگی نانولوله های حاوی لیتیوم و مقایسه آن با انرژی چسبندگی لیتیوم کپه ای تایید می کند که اتم های لیتیوم روی دیواره نانولوله پخش شده و خوشه ای نمی شوند. بنابراین می توان پیش بینی کرد که نانولوله های گرافدین قابلیت استفاده در باتری های یون لیتیومی را دارند.

کلیدواژه ها:

نانولوله های گرافدین ، نظریه تابعی چگالی ، لیتیوم