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内容简介

典型半导体团簇及其团簇组装材料的结构及其电子性质的研究是当前团簇科学研究的热点。本书采用**性原理中的各种方法对系列典型的半导体团簇的几何结构和电子性质等进行理论研究，发现该类团簇的结构及其成键特征、电子性质，为其他团簇的计算提供更为详尽的信息。在研究半导体团簇的基础上，首次探讨基于典型半导体团簇的团簇组装材料的结构特征、电子特性等，为指导实验产生新型半导体团簇、设计合成具有精确可控性能的团簇组装材料提供理论依据。本书可供物理、化学、环境、材料学和生命科学专业的科研人员、高校教师和研究生阅读、参考。

作者简介

雍永亮，博士，毕业于浙江大学凝聚态物理专业，现任职于河南科技大学物理工程学院，副教授。长期讲授大学物理、数学物理方法等课程。

目录

目 录
第1章 绪论 1
1．1 引言 1
1．1．1 能源与环境的挑战 1
1．1．2 纳米材料 3
1．2 团簇的研究对象和研究意义 5
1．2．1 团簇的研究对象 5
1．2．2 团簇的研究意义 8
1．2．3 超原子 9
1．3 团簇组装材料 11
1．3．1 团簇组装材料的研究对象和意义 11
1．3．2 团簇组装材料的制备和表征 12
1．3．3 团簇组装材料研究步骤 15
1．4 基于半导体团簇的组装材料的研究内容 15
参考文献 17
第2章 理论基础 21
2．1 引言 21
2．2 第一性原理计算方法 21
2．2．1 Born-Oppenheimer绝热近似 22
2．2．2 密度泛函理论（Density Functional Theory） 23
2．3 Dmol3软件简介 27
2．3．1 能量的求解和结构优化 27
2．3．2 Mulliken Population分析 31
2．3．3 谐振频率计算 31
2．4 全势能线性Muffin-Tin轨道分子动力学方法 32
2．4．1 Muffin-Tin势和Muffin-Tin轨道 32
2．4．2 力的计算 33
参考文献 34

第3章 基于Zn12O12团簇的组装材料的生长规律和电子特性的第一性原理研究 37
3．1 引言 37
3．2 计算方法和模型 38
3．3 结果与讨论 39
3．3．1 ZnnOn（n=2～13）团簇的结构、稳定性和电子特性 39
3．3．2 Zn12O12团簇的结构和稳定性 41
3．3．3 Zn12O12团簇聚合的生长规律 42
3．3．4 基于Zn12O12团簇组装材料的电子结构和性质 47
3．4 结论 49
参考文献 49
第4章 基于类富勒烯结构的M12N12（M=Al，Ga）团簇的组装材料的结构和电子特性研究 53
4．1 引言 53
4．2 计算方法 54
4．3 结果和讨论 56
4．3．1 M12N12（M=Al， Ga）团簇的结构、稳定性和电子特性 56
4．3．2 M12N12（M=Al， Ga）团簇的二聚物和四聚物的结构和稳定性 57
4．3．3 基于M12N12（M=Al， Ga）团簇组装材料的电子结构和性质 61
4．4 结论 63
参考文献 64
第5章 BnNn富勒烯的聚合：一种新的生成 小直径硼氮纳米管的途径 69
5．1 引言 69
5．2 计算方法 72
5．3 BnNn（n =12， 24）富勒烯及其聚合的结构和电子特性 72
5．3．1 BnNn（n =12， 24）富勒烯的结构特征和电子特性 72
5．3．2 BnNn（n =12， 24）富勒烯的生长规律 74
5．4 结论 76
参考文献 77
第6章 碳化硅SinCn（n=10～15）团簇及基于Si12C12团簇的组装材料的密度泛函理论研究 79
6．1 引言 79
6．2 计算方法和模型 81
6．3 结果和讨论 82
6．3．1 SinCn（n=10～15）团簇的几何结构和电子特性 82
6．3．2 基于Si12C12团簇组装的纳米线的几何结构和电子特性 91
6．4 结论 96
参考文献 97
第7章 基于ZnnSn（n=12， 16）团簇的低密度纳米介孔材料的理论研究 101
7．1 概述 101
7．2 计算方法和模型 102
7．3 Zn12S12和Zn16S16团簇及其组装材料的研究 103
7．3．1 独立的Zn12S12和Zn16S16团簇 103
7．3．2 团簇之间的相互作用 103
7．3．3 基于ZnnSn（n=12，16）团簇组装材料的结构和电子性质 106
7．4 结论 112
参考文献 112

精彩书摘

　　《典型半导体团簇及组装材料的结构和电子特性》：
　　对上述二元半导体团簇研究最为广泛的仍然是基于第一性原理方法的理论研究。到目前，各种半导体团簇的结构特征，物理、化学性质已经得到详细而系统的研究。对于化学计量的不同尺寸的二元半导体团簇，理论预测它们的能量最低结构（即基态结构）具有极为明显的结构相似性。它们的结构模型基本上可以分成四类：最小尺寸的团簇基本上具有平面结构；中小尺寸的团簇的结构模型为球形笼状结构，此时团簇中的每个原子都有三个键与周围的其他原子发生相互作用；稍大尺寸的团簇都具有“洋葱”状（onion—like）的结构模型，也就是笼状结构，此时每个原子都有四个键与周围的原子发生作用；对于更大尺寸的团簇，其结构就可以直接从块体材料上通过各种物理或化学方法切割得到，此时的团簇内部的原子排列已基本类似于块体材料，而表面的原子由于极强的量子尺寸效应而呈现出不同于内部的结构特征。通过研究发现，对于小尺寸的团簇，当尺寸大小为12、16等的时候，团簇出现幻数特征，说明这些团簇相当稳定，如Zn12O12、B12N12、Al12N12等（53，57—70）。但是需要注意的是对于小尺寸的SinCn（n＜16）团簇，理论研究发现，其基态结构并不像ZnnOnBnNn等那样，两种元素交替排列成具有高对称性的笼状结构，而是Si原子和C原子呈现出明显的分离特征，并分别组成自己的子单元。C原子组成的结构类似于富勒烯中的C原子的排布，但是由于Si原子的sp3杂化，其组成的结构并没有规律可循（71—73）。
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