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二维材料气体传感器的设计

发布时间:2014-07-01

  砷烯是最新的一种元素单层半导体材料,CO分子也是大气污染物之一。本实验基于第一性原理计算方法,采用CASTEP软件对一系列常见气体分子在砷烯表面的吸附进行研究,让学生更好的理解设计气体传感器所需的灵敏性、单一性等那必要条件。

实验步骤
1、实验采用GGA-pbe的泛函进行模拟计算。利用Materials Studio软件创建砷烯结构,构建吸附表面,实验中晶面的真空层厚度为20 ?。
2、用上步优化后的砷烯晶胞,在高对称位置进行气体分子吸附,得到每个气体子的吸附能。
3、采用GGA-pbe泛函优化砷烯表面结构,优化时固定真空层方向的晶格,只对另两个方向进行结构优化。将k-points值设为a=3, b=4, c=1。基于优化结果,将CO分子放在砷烯表面,根据实验事实来确定键的长度。
4、通过软件计算优化,得到CO分子在砷烯表面吸附构型(图1)。计算得到相应的吸附能、键长。为了减小CO分子之间的相互作用,将计算原胞扩大到(1×2),并计算相应的几何位置构型(图1)。CO的吸附能约为0.56eV。


实验效果
  本实验学习了CASTEP软件模拟计算分子吸附的常用计算方法。通过CO在砷烯表面的吸附,获得了最优的吸附构型及反应机理,了解CO气体传感的原理。通过本实验,可以使学生更好理解气体传感器的灵敏性,为以后设计传感器奠定理论基础。