"太空电梯"制造之门

发现地球上"强度最高物质" 人们熟悉的铅笔是由石墨制成的,而石墨则是由无数只有碳原子厚度的石墨烯薄片压叠形成.石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料,是碳的二维结构.自从2004年石墨烯被发现以来,有关的科学研究就从未间断过.然而直到最近,美国科学家才首次证实了人们长久以来的怀疑,石墨烯竟是目前世界上已知的强度最高的材料!     

半氢化石墨烯片层具有铁磁性

理论和实验研究发现,石墨烯全氢化(石墨烷)可发生金属相向半导体相转变.北京大学工学院先进材料与纳米技术系孙强研究小组与合作者应用密度泛函理论,研究发现当石墨烷片层中半数氢被去除,得到的半氢化石墨烯     

硝酸钾-氧化铝复合固体电解质在中温区的离子和质子导电性

自 1973年 Liang发现固体电解质的“复合效应”以来,人们相继对许多复合体系进行了研究.复合固体电解质可看成是一个两相混合体,即电导率不太高的离子导体相和高度弥散的绝缘体(如Al_2O_3).复合体的离子电导率常常因复合效应而大大增强.业已提出一些唯象模型来解释这种复合效应,比较典型的是所谓空间电荷层模型,认为离子导体相与绝缘体相之间存在着原子或离子相互作用,从而在两相界面处产生附加缺陷浓度,形成一高电导的空间电荷层.然而有关复合效应的机理目前仍处于定性认识阶段.尽管如此,现已发现某些复合固体电解质可用做中温固体燃料电池、传感器等器件的新型固体电解质材料.例如,已发现Li_2SO_4-Al_2O_3,RbNO_3-Al_2O_3,CsNO_3-Al_2O_3等复合材料在中温区具有相当高的离子电导率;在含氢的环境(如氢浓差电池或氢-氧燃料电池)中质子电导率可达10~(-2)Ω~(-1)·cm~(-1)量级.在原理性燃料电池的实验研究中,用这些材料做固体电解质时,已显示出相当好的放电性能.本文报道关于硝酸钾-氧化铝复合固体电解质材料的结构以及在中温区的离子和质子导电性的研究.1 实验     

碳元素的第三种存在形式的发现过程和研究新进展

目前美国有几千个化学家和物理学家在全力以赴对碳元素的第三种结晶形式——巴基球(Buckyball)进行研究。一向以来,由于碳是有机分子的基础元素,它在所有元素中被研究得更多.几个世纪以来,化学教科书总是说碳元素有两种存在形式。一种是钻石,坚硬、闪光、具有金字塔形(正四面体)结构,是迄今所知最坚硬的物质,用来做首饰和耐高压材料。另一种是石墨,软滑、无光泽、具有层状结构,层内碳原子排列成正六边形,用来做铅笔芯、润滑剂、耐高温材料、导电材料。石墨纤维张力特强,不易折断,是做高尔夫球棒的材料。     

自支撑WS_2/碳纤维复合材料的静电纺丝制备及其作为锂离子电池负极材料的应用

正过渡金属硫族化合物(TMDs)MX2(M=W,Mo,V;X=S,Se,Te)作为一种典型的类石墨二元层状化合物,近年来被广泛用作锂离子电池负极材料.与石墨相比,MX2具有更大的层间距,更有利于锂离子的快速嵌入和脱出,同时具有更大的理论比容量,是一种很有潜力的锂电负极材料.本课题组利用静电纺丝技术一步法制得了WS2单层或少层纳米     

4, 5-二-十二巯基邻苯二腈在石墨表面的二维自组装结构

合成了一种酞菁和亚酞菁的重要前体4, 5-二-十二巯基邻苯二腈(4, 5-didodecylthiolphthalonitrile, DCP), 并且用扫描隧道显微镜(STM)在大气条件下研究了其在高定向裂解石墨表面形成的自组装结构. 研究发现DCP分子的头部腈基官能团采取一种“头对头”的排列方式以保证体系的能量最小化, 从而使整个组装体系最稳定. DCP分子的尾部长链则彼此互相平行交叉式排列. 实验结果还发现DCP分子和石墨基底的晶格结构存在不完全匹配现象.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

多孔介质的相变和热化学储热性能

探讨了利用多孔材料增加相变和热化学储热功率的可行性,研究了金属泡沫和膨胀石墨添加在储热材料中对储放热过程的影响.低温相变材料采用的是石蜡,高温相变材料采用的是硝酸钠,热化学储热工质对采用的是镁/氢化镁.实验研究了两种相变材料在开孔金属泡沫中的储放热过程.对膨胀石墨质量分数分别为3%,6%和9%的石蜡/膨胀石墨复合相变材料也进行了研究,并与采用金属泡沫的复合相变材料进行了对比.结果表明,金属泡沫具有更好的传热能力,主要因其具有膨胀石墨所不具备的内部连通结构.但是,金属泡沫会抑制液态区的自然对流,特别是对于低黏性的相变材料,因此导致了在固态区、固液共存区和液态区具有不同的传热特性,表明金属泡沫并不是在每个区域都能增强换热.数值研究了热化学储热材料在加入金属泡沫前后的放热过程.在热化学储热中加入金属泡沫,可使反应床平均温度下降,明显提高放热功率.同时,由于放热反应存在最佳反应温度,在一定氢气压力和壁温条件下,通过加入不同孔隙率的金属泡沫对放热功率进行研究,表明反应床加入的金属泡沫存在最佳孔隙率,使得床层整体温度更接近最佳反应温度,实现放热功率最大化.     

Ag/BaTiO3复合材料的非线性V-I特性

金属粒子分散相与某些介质材料基体形成的复合材料具有独特的光学、电学等性质.但目前的研究主要集中在光学性质方面,而对这类材料的电学性质研究得很少.氧化锌压敏电阻器的微观结构为半导化的ZnO晶粒被一层很薄的绝缘相所包围,该绝缘相所形成的高阻晶界具有隧道效应,从而使材料具有抑制电压和吸收浪涌电流的功能,由于半导体ZnO晶粒仍具有一定电阻值,所以在一些大电流场合,其伏安特性的电压值随电     

准分子激光改变C60薄膜电导率

利用紫外激光直接改变材料电导率,具有广泛的应用前景,现正日益引起人们的重视。目前,在这一领域的研究大多集中于各种有机高分子聚合物,C_(60)是最近才出现的新材料。根据能带理论计算,C_(60)晶体为典型的直接能隙半导体,其能隙宽度为1.5eV。但多晶C_(60)薄膜却是良好的绝缘体,其本正电导率低于10~(-7)S·cm~(-1)。最近,Phillips等报道了用248nm的KrF准分子激光提高C_(60)薄膜电导率的实验研究,并提出电导率变化的主要机制是激光诱导的绝缘体-金属相变。 本文进行了准分子激光诱导C_(60)薄膜电导率提高的实验研究。在低于刻蚀阈值的激光脉冲照射下,C_(60)薄膜电导率提高了6个数量级。Raman谱的研究表明:电导率变化的主要机制是C_(60)被光致氧化分解为无定形碳,在较低能流密度的情况下,观察到微晶石墨及C_(60)聚合团簇的形成。     

二维碳石墨炔研究进展与展望

石墨炔是由二炔键将6个苯环共轭连接形成的具有二维平面网络结构的全碳分子,其sp与sp2杂化态的成键方式决定了它的独特分子构型,使其具有优异的电学、光学和光电性能,在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景.自2010年被成功合成后,石墨炔的研究吸引了不同领域科学家的广泛关注,已经在石墨炔的理论预测、合成方法及应用方面开展了大量研究工作,使石墨炔研究稳定地进入了一个较快发展时期,并正在形成了一个新的研究热点和领域.本文总结了石墨炔近3年来的最新研究成果,重点描述了石墨炔的电学、电化学和催化性质及功能化等方面的研究进展,并对未来的研究进行了展望.     

Cu-Zn-Al合金贝氏体的层错形成研究

贝氏体相变是固态相变的主要类型之一,关于它的形成理论代表了一种片状相的形成理论,这种相变涉及钢铁、有色合金及陶瓷等材料领域的有关片状相的形成,具有重大的理论和实际意义.但是,由于贝氏体相变本身的复杂性,尽管材料科学工作者对其进行了半个多世纪的研究,至今仍有许多问题悬而未决,扩散和切变两大学派根据各自的实验结果,观点对立,分歧严重.     

锂离子在石墨烯材料中的嵌入脱出机制

采用还原氧化石墨法制备了石墨烯材料, 运用X 射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电、循环伏安和电化学阻抗谱(EIS)等对其结构、表面形貌和电化学嵌锂性能进行了表征. XRD, SEM 和AFM 研究结果表明, 所制备的材料主要为层数少于10 层的石墨烯材料; 充放电结果表明, 石墨烯材料电极具有较高的可逆容量和较好的循环性能, 但也存在较大的首次不可逆容量, 不可逆容量主要归因于首次充放电过程中石墨烯材料表面固体电解质相界面膜(SEI 膜)的形成和充放电循环过程中石墨烯材料的自发堆叠. EIS 结果表明, 石墨烯材料电极表面SEI 膜主要在0.95~0.7 V 之间形成, 测得锂离子在石墨烯材料电极中电化学嵌入反应的对称因子α 为0.446.     

含有微量硼元素的石墨对金刚石合成影响的研究

实验表明,在合成原料石墨中掺杂含硼材料可以合成出含硼金刚石。因此,了解这些摻杂物对高温高压金刚石合成过程及其存在形式和特征,对于进一步研究这种金刚石的形成机理以及有关性能方面的一些问题和对原料石墨进行选择是十分必要的。本文报道掺杂硼化物原料石墨合成金刚石的若干研究简况。     

4-戊氧基肉桂酸在HOPG表面的自组装及光诱导结构转变的STM研究

利用扫描隧道显微镜(STM) 研究了4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子在高定向裂解石墨(HOPG)表面的光诱导结构转变. 光反应前, 4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子间在氢键作用下, 在石墨表面形成稳定的有序自组装单分子层. 光反应后变为无序的结构, 这是由于二聚后的分子立体性较强, 原来形成的二维有序结构被破坏. STM揭示了自组装层变化的分子结构细节.     

PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的研究进展

聚合物固态电解质是解决目前商用锂离子电池安全问题的一个有效途径,其中,聚环氧乙烷(PEO)最早被提出用作聚合物电解质.因其具有良好的机械性能、电化学稳定性与热稳定性,在几十年的聚合物固态电解质的研究过程中一直是被关注的热点,但常温下低的离子电导率限制了其实际应用.本文从PEO基聚合物电解质所存在的问题出发,分别介绍了几种提高离子电导率的方法,对其研究进展进行了综述,最后总结了PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的应用,并对未来的发展方向进行了展望.     

石墨炔负载金属原子催化剂研究进展

金属原子催化剂实现了原子百分之百利用率,具有高选择性和高活性等特点.但由于单个原子表面能大,容易团聚成纳米颗粒,稳定金属原子催化剂的制备对基底提出了较高的要求.石墨炔的特殊结构使其成为一种潜在的金属原子催化剂载体.石墨炔是一种由sp~2和sp杂化碳原子共同组成的新型碳的同素异形体.由于碳碳三键具有线性、无顺反异构和高共轭性等优点,使得石墨炔具有类似石墨烯的二维平面结构,同时具有高导电性、高比表面积、结构稳定等优异性质.石墨炔结构中的sp杂化碳原子能与金属原子形成强的共价键,从而使金属单原子能稳定存在石墨炔结构中;因此石墨炔是一种理想的金属原子催化剂载体.本文从石墨炔负载金属原子催化剂的结构出发,论述了石墨炔负载金属原子催化剂的研究进展,包括石墨炔负载金属原子催化剂的结构、制备方法、表征手段,重点论述了石墨炔负载金属原子催化剂在电化学催化领域的理论和实验进展.实验证明石墨炔负载的贵金属(Pt和Pd)原子催化剂以及过渡金属原子(Ni和Fe)催化剂都具有优异的电化学催化活性和循环使用性能.     

烷氧基取代苯甲酸甲酯有序膜结构的STM研究

利用扫描隧道显微镜研究了3, 4, 5-三取代十二烷氧基苯甲酸甲酯(E12)和3, 4, 5-三取代十四烷氧基苯甲酸甲酯(E14)两种分子的自组装结构、组装层分子间相互作用以及两种分子共吸附在石墨表面时的组装结构. 两种分子均在石墨表面有序吸附, 分子在偶极-偶极相互作用下, 烷基链对插排列形成类二聚体的二维有序长程结构. 取代基数目的差异导致两种分子吸附结构不同. 两种分子混合在石墨表面吸附时, 各自形成不同的畴区, 呈相分离状态.     

铜酞菁与碘代十八烷的可控组装

利用扫描隧道显微镜研究了碘代十八烷与取代酞菁在石墨表面的组装行为. 通过改变连接于酞菁环上的取代基, 可以使之与碘代十八烷在石墨表面形成均匀组装或者相分离结构. 研究结果表明, 酞菁分子间相互作用力的强弱是形成何种组装结构的决定因素.     

低维量子材料的研究进展

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。