石墨烯电子能带结构的计算

基于碳原子的sp~2杂化理论和能带理论,运用紧束缚近似方法计算了石墨烯的能带结构,分析了石墨烯二维电子气的性质.     

石墨烯的制备方法及表征研究

石墨烯是一种新型二维碳纳米材料,具有许多独特的理化性质。本文重点综述了目前石墨烯制备的主要方法,分析了各种制备方法的特点,对石墨烯表征手段进行了概述,并展望了其发展前景。     

并六苯环石墨烯带的密度泛函研究

以并六苯环石墨烯带为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP方法,及6-31+G(d)基组,对该模型进行了分子轨道分析和频率计算。通过轨道分析得出了分子轨道能隙和轨道密度;经过频率计算得出模型的红外和拉曼光谱并说明了振动光谱中出现强峰的原因;最后与加氢并六苯环比较,对并六苯环石墨烯带的稳定性进行了讨论。     

缺陷石墨烯的可控制备及其室温湿敏性能

利用活泼的金属钠还原廉价的糖类,成功实现了一种缺陷石墨烯的可控制备,该石墨烯材料在室温下表现出极佳的湿敏性能. 表征结果显示:蔗糖前驱体使石墨烯片层厚度增加到0.4 nm,并改变缺陷石墨烯表面的修饰基团及缺陷含量(摩尔分数). 蔗糖前驱体制备的缺陷石墨烯,其表面含氧基团的摩尔分数可达24.2%. 不同缺陷含量的石墨烯样品室温湿敏性能表现不同. 相比不加糖类的石墨烯样品,蔗糖前驱体制备的缺陷石墨烯室温湿敏性能最高可提升4.5倍. 研究结果可为石墨烯基材料在室温气敏探测方面的应用提供技术参考.     

晶圆级二维单晶材料生长的研究进展

低维材料因其原子级的物理尺寸而拥有独特的物理化学性质. 以石墨烯为代表的二维材料具有优越的光学、电学、力学及热学性能,在电子、光电、能源、催化等领域具有巨大的应用潜力. 大尺寸、高质量的单晶材料是大规模高端器件的应用基础. 为此,研究者们致力于实现晶圆级二维单晶材料的制造研究. 利用化学气相沉积法(CVD)制备二维材料具有薄膜质量高、可控性强、均匀性好等优点,因此,CVD成为制备高质量二维单晶材料的首选. 文章从二维导电石墨烯、绝缘氮化硼和半导体过渡金属硫族化合物入手,总结了近年来利用CVD技术外延制造二维单晶薄膜的研究进展,讨论了大面积二维单晶材料的制备策略与生长机理,指出了目前存在的问题,对未来高质量二维单晶薄膜的制备方法进行了展望. 该综述为进一步推动二维单晶材料的规模化应用提供借鉴.     

热解-模板法制备石墨烯的分子动力学模拟探究

提出一种以废弃塑料热解产物为碳源,以石墨微片为模板,通过石墨微片的生长来制备石墨烯的设想。为了探索该设想的可行性和反应机理,以聚乙烯为例,采用反应分子动力学模拟方法从原子尺度对热解-模板法制备石墨烯的过程进行了研究。结果表明,在一定的温度条件下,聚乙烯分解产生具有高反应活性的乙烯基自由基和甲基自由基,这些自由基在降温过程中会接枝到石墨微片的边缘从而生长石墨烯。这说明以废弃塑料为碳源,加热分解后在石墨微片上生长石墨烯的设想具有可行性。分析了加热时间、冷却时间等条件对石墨烯生长过程的影响,可为实验制备石墨烯提供理论指导和参考。     

气凝胶材料的研究进展

气凝胶材料是一种由纳米粒子或聚合物分子链组成的具备三维纳米结构的多孔材料,具有低密度、高孔隙率、高孔体积和高比表面积等结构特点,显现出优异的光、热、声、电和力学等特性,在航空航天、石油化工、环境保护、建筑保温、能量储存与转化等领域具有广泛的应用价值。迄今为止,气凝胶的种类已由最初的SiO_2气凝胶发展到了具有特定功能的各类新型气凝胶,从而有效拓宽了气凝胶的应用范围。气凝胶材料通常采用溶胶-凝胶、老化、溶剂置换并结合超临界干燥、冷冻干燥或常压干燥等过程制备。气凝胶材料按照组成可以分为单组分气凝胶和多组分气凝胶,其中单组分气凝胶主要包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、石墨烯气凝胶(GA)、量子点气凝胶、聚合物基有机气凝胶、生物质基有机及C气凝胶和其他种类气凝胶,而多组分气凝胶由两种及以上单组分气凝胶构成或者由纤维、晶须、纳米管等作为增强体所形成的气凝胶复合材料。本文主要介绍各类单组分及其复合气凝胶材料的制备方法及其在隔热、吸附、催化、储能转化和生物医用等领域的应用,对近年来气凝胶在制备及应用方面所取得的突破性进展进行了综述。同时也指出在基础研究方面亟需通过理论计算和实验研究相结合,实现气凝胶网络结构生长调控、表面组成及化学结构调控和高温组织结构稳定性调控;在功能型气凝胶材料开发方面,通过反应机制深入研究气凝胶材料结构和性能关联,实现高性能的多功能型气凝胶材料突破性进展;在规模化应用方面,寻找成本低廉的前驱体原料和降低气凝胶干燥成本是气凝胶产业化进程长远发展的关键。     

铜表面镍-石墨烯的电沉积制备及耐腐蚀性能

采用电沉积方法,将石墨烯与镍离子共沉积到被保护的铜基底上,制备了镍-石墨烯复合镀层.通过X射线衍射(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)等方法对复合材料的物质结构、表面形貌特征进行了表征,采用海水浸泡方法研究了复合材料的抗腐蚀性能.结果表明:当电流密度为5 A/dm2时,共沉积方法制备的镍-石墨烯复合镀层平整连续,晶粒较小,石墨烯穿插于多个镍颗粒之间,将镍颗粒包裹于其中,能有效阻断海水中的酸根、碱性离子对铜基底的腐蚀作用,明显增强了复合材料的耐腐蚀性.此研究对船舶及海洋工程金属构件的抗海水腐蚀方法具有一定的参考价值.     

大粒径氧化石墨及石墨烯的制备与表征

以0.10、0.15、0.18、0.30 mm 4种不同粒径的石墨为原料,采用密闭氧化、氨-水合胼还原法,经过2个控温阶段制备了10~20 μm大粒径氧化石墨(GO)与石墨烯,并通过正交实验、单因素实验优化了制备条件. 测定了GO与石墨烯的傅里叶红外光谱、拉曼光谱及热稳定性.用扫描电镜、X线衍射光谱、原子力显微镜测试了产品的结构与石墨烯片层厚度. 实验结果表明:石墨粒径越小,片层剥离程度越高, GO的产率、热稳定性也均有提高. 石墨烯在800 ℃下残炭率高于80%,剥离层厚度约为1 nm. 本实验研究为制备大粒径GO与石墨烯提供了一种可行的实验方法.