《表1 本征Si NTs及其掺杂体系的键角和键长》

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《硼、铝和镓掺杂对硅纳米管电子结构和光电性质的影响》

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根据以前的Si NTs掺杂计算[13，15?16]结果，其结构优化前后晶胞以及晶格参数变化并不大，鉴于本文计算体系规模较大，对晶胞以及晶格参数的影响更加微小。为了提升计算速度，设定优化前后晶格常数和体积不变：晶格常数a=b=3.045 nm，c=1.33 nm，晶胞体积V=10.677 4 nm3。如图2所示，优化后的本征Si NTs及其掺杂体系在结构上有了很大的变化，其结构不再是碳纳米管的光滑管状结构，而是形成了管壁原子凸起的褶皱型管状结构。从图3的局部轮廓图来看，凸起的原子及其相连的3个原子形成了一种类似于金刚石的sp3杂化结构，整个纳米管既有这种褶皱的结构，也保留了其最初的光滑结构。图3b和3c为本征Si NTs结构优化后的局部轮廓图，其键角分布是完全不同的。进一步引入键角和∑α=α1+α2+α3，∑α为X原子（X=Si、B、Al、Ga）与相邻原子Sia、Sib、Sic的键角和，并且理想sp3杂化（金刚石结构）的∑α=3×109.47°=328.4°，理想的sp2杂化（石墨烯）的∑α=3×120°=360°。从表1中可以看到，图3b中的∑α=337.022°，更加接近于sp3杂化；图3c中的∑α=358.677°，与sp2杂化非常接近。由此我们可以推断，结构优化后的Si NTs的内部结构由sp2和sp3杂化共同构成，是一种表面褶皱的管状结构，这与之前的研究一致[5?6，20?21，24]。实验上也证实了Si NTs最为可能的结构便是这种褶皱型的管状结构，并且由sp2杂化和sp3杂化共同构成[25?26]。