半金属石墨烯纳米带的研究

半金属性在以自旋为基础的电子学中具有潜在的应用价值。本文利用第一原理计算描述了纳米尺寸GNR的半金属性质,计算结果表明：对锯齿型石墨烯纳米带加一个均匀一致的横向电场时,即可使锯齿型纳米带转变为半金属,实现体系半导体-半金属转变。这一结果对理解电场和固体中电子自旋自由度相互作用方向具有科学意义,同时为制备石墨片基纳米尺度自旋器件开辟了道路。     

一种基于石墨烯纳米带的半金属材料设计

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,设计一种基于石墨烯纳米带的半金属材料,发现通过边缘的F取代,原来处于自旋半导体的石墨烯纳米带显示出自旋半金属特性。F原子取代是一种有效的方式,打破了原来纳米带的对称性,改变了边缘态的能级位置,使得这种石墨烯纳米带成为自旋半金属。     

单壁碳纳米管超声裂解制备石墨烯纳米带

将单壁碳纳米管仅通过气相氧化和超声裂解两步制备出了石墨烯纳米带,采用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)对制备出的石墨烯纳米带进行形貌和结构分析。结果表明,此方法制备的石墨烯纳米带宽度狭窄、边缘光滑,并且相比于刚性的单壁碳纳米管具有良好的柔韧性,大约为2nm的厚度也说明了石墨烯纳米带的双层结构。在气相氧化和超声裂解的过程中,拉曼光谱中D峰与G峰的比值始终保持在0.15左右,表明在整个制备过程中,并没有引入新的缺陷。此方法相比于其他方法制备出的纳米带具有结晶度高、宽度狭窄、边缘光滑等优点。     

硼氮掺杂对锯齿形石墨烯纳米带影响的第一性原理研究

本文主要通过在密度泛函理论下的第一性原理计算方法,计算了硼氮掺杂下锯齿形石墨烯纳米带的形成能、能带结构和电子态密度,对掺杂产生的影响进行了分析和研究.研究发现具有硼氮成对的结构相对于单种类原子掺杂更稳定,同样具有在纳米带边缘非对称硼氮掺杂的结构较对称掺杂更稳定.硼氮掺杂能显著改变锯齿形石墨烯纳米带的能带结构,对边缘加氢数量不同的石墨烯纳米带的能隙有完全相反的影响.本文发现了两种通过硼氮掺杂具有自旋现象的结构.     

2015-04 国内期刊亮点

制备出优良性能的功能化氧化石墨烯纳米带/乙烯-乙酸乙烯共聚物石墨烯纳米带(GNRs)是一种由碳原子构成的单层条状结构的不渗透材料,在高阻隔应用领域具有较大的发展前景。但其制备较困难,而GNRs的前驱体——氧化石墨烯纳米带(GONRs)虽制备简单、抗渗透性优良,但在部分有机溶剂中分散性很差,限制了其在复合材料领域的应用,因此寻找一种行之有效的改性剂/方法来对其进行改性是一项很有意义的工作。研究采用纵向氧化切割多壁碳纳米管(MWNTs)     

多空位缺陷和硼氮杂质对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究多空位缺陷和掺杂对对称性锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的电子结构的影响.研究结果表明,具有相同位置的多空位缺陷或氮掺杂的对称性ZGNR显示了半金属特性,而硼掺杂的对称性ZGNR显示了半导体性质.石墨烯纳米带的锯齿形边缘上和空位缺陷处都存在自旋极化的电子态,并且边缘上电子自旋呈反铁磁性排列.具有多空位缺陷的ZGNR磁矩依赖于带宽、空位缺陷的构型以及空位缺陷与边缘的距离,从而磁矩随着带宽的增加呈现震荡效应.这种特殊的缺陷和掺杂效应可用来设计新颖的自旋电子器件.     

基于人工智能优化石墨烯纳米复合材料吸附水体重金属污染研究进展

鉴于石墨烯纳米材料的优异性能,笔者对其作为载体掺杂不同物质制备出的石墨烯基复合材料在污染水体中吸附重金属等污染物的相关研究文献进行了梳理。结果发现:结合人工智能建模技术优化去除污染水体中重金属过程的工艺参数,能进一步提升石墨烯纳米复合材料对水体中重金属污染物的吸附效率,对污水修复治理具有潜在的研究价值和应用前景。此外,笔者还通过石墨烯负载纳米复合材料的制备、应用及基于人工智能建模优化去除过程的案例对不同优化方法进行了归纳,提出加强人工智能建模研究,在有效降低石墨烯纳米复合材料制备成本的同时,提高其在应用中的回收利用。     

神奇的碳与硅

本期的十大化学热点论文榜显示,石墨烯的研究再次成为重点,占据了榜单的半壁江山。其中论文#8和论文#9为首次入选,二者报道了通过解开碳纳米管制备石墨烯纳米带的研究成果,由此获得的石墨烯纳米带具有不同以往的新特性,将来可望用于电子器件、传感器、甚至人体移植。根据带宽的不同,     

石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

 石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构,是一种新型碳类纳米材料,具有优异的力学、电学和热学等性能,被认为是一种非常有前景的材料,近年来广泛用于改性各种聚合物。本文回顾了石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法、性能和应用现状;综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的强度、刚度、韧性、电学和热学等性能的研究进展。主要内容包括石墨烯改性聚合物常见的3种制备方法(溶液共混、熔融共混和原位聚合)及其对石墨烯在聚合物基体中分散性的影响,石墨烯/聚合物纳米复合材料力学性能变化规律与作用机理,石墨烯微观结构等因素对材料热学性能以及导电阈值的影响等;讨论了石墨烯/聚合物纳米复合材料的潜在应用和面临的挑战和机遇,并展望了其低成本产业化的发展前景。     

AuNPs/PEI/GO纳米复合物修饰电极的制备及电化学应用

利用高分子聚合物壳聚糖链上富含的氨基修饰石墨烯,制备了具有独特性质的石墨烯基纳米复合材料,并利用壳聚糖对金纳米粒子良好的保护作用,使金纳米粒子固载到石墨烯纳米复合材料的表面,合成了一种具有生物相容性的金纳米粒子/氧化石墨烯纳米复合材料.同时,利用UV-vis、FT-IR、Zeta电位仪、XRD粉末衍射仪、TEM等对所制备石墨烯基纳米复合材料进行了表征.结果表明,PEI/GO/GC,AuNPs/PEI/GO/GC修饰电极对H2O2具有更好的电化学催化性能.     

弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子性质的影响

石墨烯纳米带并不是一个完全平整的结构,而是一个准平面结构．为了研究非平整对石墨烯纳米带电子结构的影响,利用紧束缚方法和轨道杂化理论,研究了弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响．计算结果表明：扶手椅型石墨烯纳米带电子性质与弯曲的程度有关,且在高能部分影响较大;当纳米带的宽度一定时,随着弯曲程度的增加,能带的带隙随之增加．     

石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的制备与热膨胀特性分析

石墨烯/高分子基纳米复合材料因其各项优异性能而备受关注,但关于石墨烯/高分子基纳米复合材料的制备及热膨胀特性的研究尚未成熟,针对这一问题,笔者首先利用超声波分散、行星搅拌及恒温固化等技术制备石墨烯/环氧树脂纳米复合材料,并对制备工艺进行逐步改进,最终得到了一套较为完善的制备工艺。实验中石墨烯的质量分数为1.0%~5.0%。然后对所制备纳米复合材料的导电性进行测试,同时对该纳米复合材料在30~120℃范围内的热膨胀特性进行了测试与分析。研究结果表明:通过添加石墨烯,可得到具有较好导电特性的高分子基复合材料,并可有效降低高分子树脂材料的热膨胀率,且随着石墨烯含量比的增加,纳米复合材料的热膨胀率降低幅度会更大。     

石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法研究了石墨烯纳米带的热导率随温度变化的关系.通过在纳米带长度方向上施加周期性边界条件,利用Tersoff作用势和Fourier定律计算热导率.由于模拟尺寸较小时热导率随纳米带长度的增加而单调增加,为了减小长度对石墨烯纳米带热导率的影响,采用倒数拟合的方法消除了尺寸效应.模拟结果表明,石墨烯纳米带热导率随温度升高逐渐减小,这与高温下Umklapp散射作用的增强有关.结果还表明,在实际宽度近似相等的条件下,锯齿形纳米带的热导率明显高于扶手椅形,且对相同类型的纳米带,其热导率随宽度的增加而增加,表明纳米带的手性和宽度是影响石墨烯纳米带导热性能的重要参数.     

局部扭转形变下典型armchair型石墨烯纳米带的力电特性

将密度泛函理论与非平衡格林函数方法相结合,选取了宽度为11根碳原子链、边缘H钝化的armchair型石墨烯纳米带为模型,系统研究了局部扭转形变对石墨烯纳米带力电特性的影响.结果表明,随着扭转角度的增加,armchair型石墨烯纳米带的结构依次经历了弹性形变、塑性形变直至完全断裂.局部扭转形变对armchair型石墨烯纳米带的力电特性有显著影响,表现出了依赖于形变过程的输运谱和伏安特性.     

不同接触结构对异质结电子输运特性的影响

根据近来实验上成功制备的石墨烯纳米带(GNR)/碳纳米管(CNT)异质结,构建了一种端连GNR/CNT/GNR异质结结构.采用密度泛函理论结合作平衡格林函数的第一性原理方法,研究了接触区微结构对GNR/CNT/GNR异质结电子输运特性的影响.研究结果表明,选择合适的接触微结构,在锯齿型石墨烯纳米带中插入一段扶手椅型碳纳米管能有效打开石墨烯纳米带的带宽,将其金属性转变为半导体性,这一研究有助于设计和制作性能优良的半导体分子器件.     

石墨烯/弹性体纳米复合材料研究进展

石墨烯材料由于其超薄的纳米片层结构,优良的导热、导电功能特性,在弹性体复合材料领域已经取得了众多的应用,并赋予了橡胶复合材料更强的动静态力学性能以及导电导热等功能性。本文从石墨烯的制备开始,重点综述了石墨烯的制备及表面修饰,石墨烯/弹性体制备方法,以及复合材料的各项性能,并阐述了三者之间的相互关联。最后提出了石墨烯/弹性体纳米复合材料领域未来应关注的科学和技术问题。     

多孔石墨烯的制备与应用研究进展

石墨烯由于其特殊的结构和优异的性能受到了科学界的广泛关注.许多研究者受石墨烯优异性能的启发,对石墨烯相关材料进行了广泛的实验和理论研究.多孔石墨烯是一类具有纳米级孔结构的石墨烯材料,在超级电容器、气体分离净化、储氢、DNA检测等领域具有广泛的应用前景.综述了多孔石墨烯材料的最新研究进展,总结了近年来国内外多孔石墨烯制备方法及其潜在应用,还对现有研究成果进行总结分析,并指出了当前仍待解决的问题,为今后工作提出了建议.     

石墨烯及其衍生物改性聚酰亚胺的研究进展

聚酰亚胺(polyimide,PI)具有优异的热稳定性、机械性能、电学性能和化学稳定性。石墨烯(Graphene,G)具有优良的物理和化学特性,是一种良好的复合材料的增强材料。将石墨烯及其衍生物纳米片填充到聚酰亚胺材料中,制备复合材料,能很大程度提升聚酰亚胺复合材料的性能(力学、热力学、电学等性能),以满足随着高新科技的发展带来产品制造对材料性能的要求。综述了近年来国内外有关石墨烯及其衍生物改性聚酰亚胺制备复合材料的研究进展,重点阐述了石墨烯的制备及改性方法、复合材料的制备方法及性能,最后对复合材料的发展趋势和应用前景进行了展望。     

Fe掺杂石墨烯表面吸附Au:第一性原理

采用第一性原理对Au在Fe掺杂石墨烯表面的吸附特性进行研究,计算掺杂Fe前后石墨烯对Au的吸附能以及石墨烯的局部态密度和电荷分布。结果表明:掺杂Fe增强了Au在石墨烯表面的吸附能,提高了Au与石墨烯间的电荷转移。掺杂Fe后,Fe与Au间形成了共价键,Au与石墨烯间由物理吸附转变为化学吸附。此外,自旋极化计算结果显示Fe掺杂石墨烯-Au体系中自旋向上态密度和自旋向下态密度关于费米能级对称,说明Fe掺杂不会使体系产生磁矩而影响材料性能。此类掺杂有望改善石墨烯载Au纳米颗粒催化剂的催化性能。     

石墨烯纳米带的制备方法

石墨烯纳米带(GNRs)是一种新型的一维碳纳米材料,因为它具有独特的尺寸效应、量子效应和界面效应等,使它在电子学和磁学方面有着巨大的应用前景.主要介绍了GNRs的两种制备方法:自上而下法和自下而上法.自上而下的制备方法重点描述解卷碳纳米管(CNTs)法、催化法和刻蚀法;自下而上的制备方法主要包括表面介导合成法和湿法有机合成等.