高鹭远

（沈阳大学 理学院，辽宁 沈阳 110044）

富勒烯嵌入到单壁或多壁碳纳米管中形成一种被称为碳纳米豆荚的碳素纳米结构.在这种结构中富勒烯分子靠与管壁间的范德华力自身聚集成一条线性链.碳纳米豆荚潜在的应用涉及到高温超导、记忆元素及纳米反应容器.C60内嵌对电子结构和性质的影响已通过两项实验进行了研究：①STM测试结果揭示了当保持价带顶完整时，豆荚中的C60链会导致这种半导体纳米管的导带组态光谱密度中出现一个0.21eV间隔的双峰结构，双峰位于费米能级Ef上方约1.1eV处.②电阻系数测量结果表明，在温度为1.5～300K范围内C60的嵌入会导致半导体纳米管的电阻系数下降1／（1.5～7）［1］.这两个效应不能从对由具有金属性的扶手椅纳米管制成的纳米豆荚的“从头计算原理”研究得到解释.

纳米管和富勒烯的最小尺度已成为许多理论和实验工作的焦点，合成的最小单壁纳米管直径已达到04nm［2］.就热力学稳定的单壁纳米管而言，这个直径是理论下限.最小的富勒烯是C20，其直径可与最小的碳纳米管相匹配，已通过使其前体气相脱溴合成出来.近来的理论计算证实了这种脱溴的产物的确是富勒烯C20.因此，由富勒烯与碳纳米管组装成的碳纳米豆荚直径下限已成为相关研究的热点.

1 量子化学计算及研究方法

为了解决上述问题，我们进行了有关C60镶嵌的锯齿（n，0）纳米管和C20镶嵌的扶手椅（n，n）纳米管的密度泛函理论研究，而直观上讲，最小的碳纳米豆……