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石墨烯在室温和普通光照下可产生电流美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现,石墨烯可以对光产生不同寻常的反应,在室温和普通光照射下,就可以发生热载流子效应,产生电流。这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性,更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。     

石墨烯在室温和普通光照下可产生电流

美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现，石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室温和普通光照射下，就可以发生热载流子效应，产生电流。这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性，更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。     

基于石墨烯块材料的谷过滤器

综述了石墨烯谷电子学的部分研究进展;探讨了在二端石墨烯块材料中产生谷极化电流的可能性．在块材料中,有2种与谷自由度直接耦合的势能：应变产生的赝矢量势和依赖于子晶格的静电势（交错势能）．对称性分析表明,仅靠这2种势能的作用不能产生谷极化的输出电流．若将这2种势能分别和普通的磁电垒联合,就能获得显著的谷过滤效应．利用交错势能和磁电垒联合调制产生的谷电流可通过逆谷Hall效应测量．     

石墨烯及其复合材料吸附降解有机污染物的研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在于室温条件下的二维自由态原子晶体,具有优异的电学、光学及机械性能,同时还具有良好的热学、化学稳定性,比表面积大,因而可以广泛应用于环境污染治理。有机染料类、苯系物类及农药、抗生素类等有机污染物是造成环境污染和对人体健康产生有害影响的重要污染源之一。主要综述了近几年石墨烯及其复合材料在有机染料类、苯系物类及农药、抗生素类等有机污染物中的吸附、降解、去除等应用研究。     

采用紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运

采用紧束缚非平衡格林函数法分析了扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)和锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)器件吸附H、F、O和OH这4种原子的电子输运特性。用π电子结构体系的紧束缚理论分析了GNR的电子结构;用紧束缚扩展休克理论计算了GNR碳原子与所吸附原子间的电子相互作用;用非平衡格林函数法仿真了GNR吸附原子后的电流特性。研究结果表明:在平衡态下,AGNR吸附H原子后对器件的输运谱影响最大,而吸附OH原子后使GNR的禁带宽度增加0.3eV;在非平衡态下,吸附H原子不仅增加了导带底附近态密度,而且直接在禁带引入了杂质能级,从而提高了AGNR器件产生的电流;H原子吸附在ZGNR器件产生的电流约是吸附在AGNR电流的1.5倍;H原子吸附在GNR非边界处比吸附在边界处产生的电流高。该研究结果可以对提高石墨烯气敏传感器和生物传感器的灵敏度提供理论基础。     

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.     

MEMS兰姆波谐振器驱动的石墨烯场效应管

随着消费者对电子器件要求的提高,电子器件需要在面积不变的情况下拓展与优化功能.一个典型的案例是将压电MEMS谐振器与IC电路集成,谐振器驱动的晶体管可以表现出独特的性能.之前研究的器件基本都是基于表面波谐振器,但器件频率低,体积大,无法利用半导体工艺将二者集成在一起.为解决上述缺点,设计制作了一种由MEMS兰姆波谐振器驱动的石墨烯场效应管.借助声电流效应,MEMS谐振器产生的兰姆波将石墨烯中的载流子进行了传输,设置于声波传播路径上的一对电极可以检测出电流值,且底部的栅极可以调节电流的大小.通过仿真,预测了谐振器的工作模式,在3 GHz以内主要有A_0、S_0、S_13种工作模式.经过微加工技术得到的兰姆波谐振器电学特性与仿真吻合,且A_0、S_0、S_1这3种模式都成功驱动石墨烯产生了声电流,其中,2.9 GHz(S1模式)是已有报道中能够激发出声电流的最高频率.以S0模式激发的声电流为主要研究对象的结果表明:声电流大小与输入射频功率呈正相关性,但由于谐振器功率承载能力有限,二者表现出了非线性关系;栅极电压由于改变了石墨烯中载流子迁移率与电导率,最终成功调制了声电流的大小;兰姆波谐振器驱动石墨烯晶体管工作频率更高,体积更小,成功验证了一种新的芯片集成的方法.     

简易法制备孔隙可调的三维石墨烯宏观体及锂电池性能的研究

石墨烯宏观体具有大的比表面积和丰富的相互连接的内部孔道结构,广泛应用于锂离子电池、超级电容器等领域.现阶段多采用将石墨烯水凝胶进行冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥的方法制备石墨烯宏观体,该方法具有一次成型、耗时短等优点,但是存在孔隙大小无法调控、设备昂贵等不足.本文以氧化石墨烯(GO)为原料制备得到石墨烯水凝胶,仅利用室温干燥和冰箱冷冻相协同的简单方法制备孔隙可调的三维石墨烯宏观体(GM).研究发现经室温部分干燥后的石墨烯水凝胶经冰箱冷冻后再进行室温完全干燥其体积几乎不发生变化,因此通过调控首次室温干燥的时间调变石墨烯宏观体的孔隙大小.此方法具有操作简单、造价低廉的优点.将所制备的GM作为锂离子电池负极材料,表现了良好的储锂性能.结果表明:首次室温干燥3h的石墨烯水凝胶再经过冰箱冷冻和第二次室温完全干燥所获得的GM(GM-3h)在0.1A·g-1电流密度下其比容量高达1039mAh·g-1远高于传统石墨负极372mAh·g-1的比容量;在0.5A·g-1的电流密度下经100次循环后,其比容量降低到504mAh·g-1,保持率为73.1%,表现了良好的循环稳定性.     

科学触角

<正>石墨烯的导电能力在室温下,石墨中的电子可以比其他材质中的电子移动速度更快。但是,以往将石墨烯片切割成为石墨烯带的技术会在材料中留下纳米尺度的粗糙边缘,这将会阻碍电子的流动。美国佐治亚理工学院的物理学家沃尔特·德希尔(Walt de Heer)带领的研究团队制成了长度超过10微米、中途没有任何阻碍的石墨烯带,这比以往的研究成果要好1000倍,甚至比传统理论上预测的还要好10倍。无阻碍的电子运动,意味着这些导体可以更快地传输信号,而没有传统半导体芯片中的过热问题。该团队没有按照传统的方法(将较宽的石墨烯片切割成石墨烯带)来处理,而是让石墨在碳化硅晶体的脊状边缘上生长。研究者通过特殊的工序,将实验材料加热到1000℃以上。硅原子蒸发后,就会留下40纳米宽的石墨层。德希尔说,这样就不会在石墨中产生粗糙的边缘来阻碍电子的运动了。     

基于碳纳米管 石墨烯复合薄膜的柔性应变传感器

正柔性应变传感器在人体生理检测与人机界面构建等方面有着重要的应用,近年来得到了广泛的关注。以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料有着优异的导电性,并且在应变下可以产生显著的结构与电学响应,从而被广泛应用于应变传感器的构建。清华大学的朱宏伟课题组采用铜网作为基底,通过常压化学气相沉积,获得了一种石墨烯编制网络。这种特殊结构设计的石墨烯薄膜在应变下可以产生     

温度对石墨烯条带拉伸力学性能影响的模拟研究

利用分子动力学模拟,分析了单层石墨烯条带在热力学温度[1K,800K]范围内拉伸力学性能对条带手性,宽度及模拟温度的依赖性.结果表明,相同条件下锯齿型石墨烯条带较扶手椅型石墨烯条带具有更大的弹性模量及拉伸强度;条带宽度的增加对弹性模量有较小影响,但拉伸强度随宽度的增加有明显变化;石墨烯条带拉伸强度随温度的升高而减小,均匀变温模拟条件下拉伸强度较室温恒温模拟结果有所变化,且温度变化率是影响拉伸强度的因之一.     

超临界CO2/甲醇流体制备PtRu/石墨烯催化剂应用于甲醇氧化

采用一种有效、方便和环境友好的超临界方法将PtRu沉积在热解还原石墨烯上.在超临界CO2作用下,以H2PtCl6和RuCl3作为前驱体的铂钌纳米粒子均匀地分散在石墨烯表面,且平均尺寸为2.87 nm.生成的复合材料通过循环伏安法、计时电流法和CO溶出实验来进行研究.与用相同的方法制备的PtRu/炭黑（Vulcan XC-72）复合材料相比,PtRu/膨胀还原石墨烯对甲醇氧化的电催化活性和对CO电氧化活性有了很大的改善.实验结果显示,利用超临界流体可以很容易制备高活性的石墨烯负载型金属电催化剂.     

Si/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

该文采用空气Mg_2Si的方法,在600℃反应10小时生成纳米多孔硅,然后在室温的条件下将合成的纳米硅与氧化石墨烯复合,经还原后得到Si/石墨烯复合材料.将合成Si/石墨烯复合材料作为锂离子负极材料研究其电化学性能.研究结果表明石墨烯的加入会使充放电比容量有所降低,但会使硅的循环稳定性增加.     

石墨烯晶体管研究进展

针对集成电路的特征尺寸小于10nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状。分析认为:石墨烯平行纳米带阵列结构和异质结结构有望打开石墨烯禁带以实现大的电流开关比,将是石墨烯数字晶体管的研究热点;通过降低接触电阻、接入电阻以及衬底、栅介质的匹配来提高截止频率和最大振荡频率将是石墨烯射频晶体管的主要发展趋势;基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底和离子凝胶栅介质的柔性制造技术,最有希望在保证石墨烯高迁移率的基础之上实现全石墨烯透明柔性电路,使石墨烯晶体管得以实用,必将对集成电路行业产生巨大影响。     

电化学还原石墨烯用于水合肼的电催化氧化及检测

采用电化学还原技术制备了还原石墨烯.采用扫描电镜、Raman光谱、AFM等技术表征了石墨烯的形貌和结构特征.采用电化学测试技术研究了还原石墨烯修饰电极的电化学性能及对水合肼(N_2H_4·H_2O)的电催化氧化活性.结果表明,该石墨烯电极材料具有优异的电子传导性能.与裸玻碳电极相比,石墨烯修饰电极对水合肼表现出优异的电催化氧化活性.在最佳的实验条件下,将该石墨烯修饰电极用于水合肼的灵敏检测.在1×10~(-5)~1×10~(-4) mol/L范围内,氧化峰电流与水合肼的浓度呈良好的线性关系.该石墨烯修饰电极材料有望用于环境中水合肼等有机小分子的灵敏检测.     

石墨烯-Nafion修饰电极同时测定邻苯二酚、对苯二酚

通过恒电位法将氧化石墨烯还原为石墨烯,制备了石墨烯-Nafion修饰玻碳电极.用循环伏安法研究了邻苯二酚和对苯二酚两种异构体在该电极上的电化学行为.结果表明,该修饰电极对苯二酚的这两种异构体的氧化表现出了优异的识别能力和电催化性能.对苯二酚和邻苯二酚的氧化峰电位差值为102 mV,这表明两种异构体可以在石墨烯-Nafion修饰电极上完全分开.基于对苯二酚和邻苯二酚在石墨烯-Nafion修饰电极上的伏安行为,建立了苯二酚两种异构体同时测定的方法.在最佳实验条件下,邻苯二酚的浓度在6.0×10-5~1.0×10-3mol/L范围内与氧化峰电流呈线性关系,检出限为1.0×10-5mol/L.对苯二酚的浓度在8.0×10-6~1.0×10-3mol/L范围内与氧化峰电流呈线性关系,检出限为2.0×10-6mol/L.该电极可用于模拟样品中两种异构体的同时测定,结果令人滿意.     

石墨烯带—苯环—石墨烯带结构的电子输运

用非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算了石墨烯带-苯环-石墨烯带结构的伏安特性和电流噪声,发现苯环和石墨烯导线不同的连接方式给出的电子输运和电流噪声性质有显著不同,1-4连接下电流显著大于1-3连接.在研究量子器件时,量子噪声是不同于热噪声的,它是分析器件结构常用的一种手段.研究发现这2种结构的散粒噪声和Fano因子也完全不同,对于1-3结构Fano因子接近1,而对于1-4结构,Fano因子相对就较小.     

铝铜连接的感应钎焊工艺

为使钎焊技术进一步提高,采用Zn-Al钎料对Al与Cu进行了感应钎焊连接研究,利用扫描电镜、X射线衍射和室温压剪试验等分析手段对接头的微观组织和室温剪切强度进行实验。结果表明,利用Zn-Al钎料可以实现Al与Cu的连接;接头的界面结构为Al/Al基固溶体＋Al-Zn共晶组织＋CuAl2金属间化合物/（Cu,Zn）固溶体层/Cu;在电流为340 A、时间为9 s的钎焊条件下,接头的剪切强度在室温下达到128.5 MPa。     

贮存时间对卷烟烟丝及烟气常规成分的影响

为研究贮存时间对卷烟烟丝常规组分及卷烟烟气有害成分影响情况,选取了3种市售卷烟,对各卷烟贮存期间总糖、总植物碱、总氮、总粒相物等烟丝常规成分及CO、烟碱、焦油等烟气常规成分进行了测定。检测结果显示,在普通室温贮存条件下,贮存半年内卷烟烟丝及烟气组分差异不大。结果表明,普通室温贮存条件下,半年内卷烟质量无显著变化。     

WO3/石墨烯的湿化学法制备及其室温光激发甲苯气敏性能

采用简单的低温化学合成法成功制备出WO₃/石墨烯纳米复合材料,该材料在室温下表现出极佳的光激发甲苯气敏性能。结果表明:石墨烯的加入会使WO₃片层尺寸减小到300 nm左右,同时会组装成球状结构。在复合材料中石墨烯与WO₃会以化学键结合,有效降低WO₃中氧空位的浓度。在蓝光激发下,WO₃/石墨烯复合材料对100 mL/m3甲苯的气敏响应性能比WO₃材料提高了3.3倍。该甲苯传感材料在易爆、易燃和有毒环境中有很好的应用前景。