可溶液加工还原氧化石墨烯:制备、功能化、自组装及在智能信息器件中的应用

石墨烯作为一种苯结构无限延伸的纳米与介观分子,表现出多层次迥异的物理与化学特性.本文从机械剥离法制备的石墨烯的奇特物理性质追溯氧化石墨烯(GO)相关化学反应的开展,再到其共价/非共价功能化及应用,用分级化学的视角梳理了该领域的化学进展.重点论述了化学方法制备的氧化石墨烯及还原氧化石墨烯(rGO)在溶液分散态下的功能化方法和自组装结构.针对环境友好的可溶液加工GO/rGO工艺面临的问题,总结了纳米片分散性、片间相互作用及其薄膜工艺的相关进展,为研究其墨水配方、成膜工艺和薄膜微结构的控制提供了指导.最后在总结rGO薄膜材料相关研究进展的基础上,介绍了其在智能信息器件中的应用,并对存在的挑战性问题和未来研究方向提出自己的观点.     

石墨烯的化学研究进展

评述了近3年来在石墨烯(graphene)制备化学、石墨烯化学改性、石墨烯表面化学和催化等方面取得的重要进展. 阐述了通过化学方法实现非支撑(freestanding)或准非支撑(quasifree- standing)石墨烯结构的可控和规模制备; 通过表面反应对石墨烯进行掺杂和官能化, 制备了石墨烷、石墨烯氧化物等具有特殊结构和性质的石墨烯相关化合物; 这些石墨烯及石墨烯相关材料(graphene and related materials)在催化、储氢等领域展现出非常重要的应用前景.     

石墨烯基金属氧化物纳米复合结构材料的制备及应用于水体中污染物的吸附研究进展

石墨烯及氧化石墨烯材料具有良好的物理化学性质、巨大的比表面积,使其适合成为水处理中的吸附剂用于污染物的去除.石墨烯基金属氧化物纳米材料,兼具石墨烯和金属氧化物纳米粒子的固有特性,金属氧化物纳米粒子的存在不但阻止石墨烯的团聚,石墨烯基材料也进一步防止了纳米粒子的凝聚,两者共存产生协同效应,使复合材料具有更大的比表面积和吸附效能用于污染物的去除.本文综述了用于环境中污染物去除的石墨烯基金属氧化物的种类、不同复合材料的性能以及复合材料对水体中重金属离子、有机污染物的吸附性能等,探讨污染物去除机理,并进一步展望适合于不同种类污染物去除的石墨烯基金属氧化物的结构性能特点.     

毫米波衍射天线的设计与制作

利用衍射光学技术,设计制作的位相型Fresnel波带片,具有厚度薄、重量轻和设计灵活等特点,并且具有较高的衍射效率.目前在光学波段已制作出衍射效率高达97%的波带片.近几年来,人们在考虑把这项技术引入毫米波领域用于天线设计.但到目前为止,仅限于采用位相离散量化为台阶状的Fresnel波带片的型式,一般制作成2个台阶,较好地制作成4个台阶.因此衍射效率很低,导致天线增益不高.如,两个台阶的天线,设计参数为D/f=1.6,f=80mm,v=94GHz.当边缘照射为-10dB时,增益为35dB;4个台阶的天线,设计参数为D/f=1.5,f=400mm,v=11.8GHz.当边缘照射为-10.8dB时,增益不超过35dB.为克服台阶状的Fresnel波带片衍射效率低的弱点,我们设计并制作了具有位相连续变化型式的衍射天线.理论分析和实际测量均表明,这种衍射天线具有较高的增益和良好的电性能,加之具有厚度薄、重量轻的特点,因此具有重要应用价值.     

Bi系高T_c超导磁振子天线的研究

现代无线电技术对天线提出了小型、轻便、平嵌等一系列要求,然而小型铜天线的效率都很低,因此,自60年代以来人们便尝试用超导体制做天线,以期获得有较高效率的小天线。那时,人们已知道只有几种低温超导材料(例如Pb)有较好的高频特性,利用这些材料研制的在液氦中工作的超导天线确已显示出很好的性能。但是,由于种种原因(首先是液氦系统     

石墨烯片层孔道设计及其结构调控

石墨烯——最薄的二维碳材料,因其具有卓越的机械、光学、电子和热性能,使其在复合材料、电子器件、能源储存和吸附分离等许多领域都具有广泛的应用.石墨烯筛(graphene nanomesh)作为一种在石墨烯片层引入纳米孔的多孔石墨烯,除了具有石墨烯本身固有的特性之外,其可调控的孔结构设计为石墨烯筛功能性应用提供了新的选择.本文综述了常见的石墨烯筛合成方法并展望了其未来发展前景.     

石墨烯——一种新型碳材料

碳质材料伴随着人类走过了几千年的路程,在文明史中发挥了重要作用.近20年来,碳材料科学的发展更是突飞猛进. 1985年,英国化学家克罗托(H.Kroto)和美国科学家斯奠利(R.Smalley)等人在氦气流中,利用激光照射石墨,待其蒸发成碳灰后,制得了由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60,又称富勒烯.     

石墨烯及其应用

正距成功制备石墨烯已近十年,全球对石墨烯的研究热度却依然不减,仅在Nature和Science上发表的与石墨烯相关的论文就有数十篇之多。自从1985年富勒烯C_(60)~([1])和1991年碳纳米管(carbon nanotube,CNT)~([2])被发现以来,碳纳米材料的研究成为了材料领域的研究热点,世界各国研究人员对它们怀有极大的兴趣。虽然碳的三维(石墨和金刚石)、零维(富勒烯)和一维(碳纳米管)同素异形体相继被发现,但长期以来,科学界一直认为二维晶体由于热力学     

Ru(0001)表面石墨烯的外延生长及其担载纳米金属催化剂的研究

采用室温下吸附乙烯结合高温退火的方法在Ru(0001)表面上制备了单层石墨烯结构. 利用扫描隧道显微镜(STM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)研究了石墨烯的生长过程以及石墨烯的表面形貌和结构. 以单层石墨烯为模板, 制备了尺寸和空间分布比较均一的Pt纳米团簇.     

激光纳米天线

肯尼思·克罗齐（Kenneth Crozier）与费德里克·卡巴索（Federico Capasso）发明了具有高聚光性能的光学天线,使一个DVD碟片可以容纳数百部电影。     

泛可积模的可约性

设是A=(α_(ij))_(i,j=1)~n是一个可对称化的广义Cartan矩阵,(η,π,π~v)是A的一个实现,其中π={α_1,…,α_n};π~v={α_1~v,…,α_n~v}。设(A)是结合于A的Kac-Moody代数,{e_i,f_i|1≤i≤n}是(A)的Chevalley生成员的集合。P={λ∈η~*|<λ,α_i~v>∈Z,1≤i≤n}     

石墨烯海绵的光声效应

探索了三维石墨烯海绵的光声效应.由于其具有均匀的孔结构以及良好的吸光特性,石墨烯海绵能产生均匀的光声信号.通过研究石墨烯海绵在不同气体中的光声效应,获得了所产生的光声信号与气体性质的关系.研究发现,石墨烯海绵在不同频率(20~20000 Hz)范围内,产生的光声信号均具有良好的谐振性.为了进一步解释石墨烯海绵的光声机理,建立了相应的理论模型.这些结果为利用石墨烯材料在光声器件等方面的研究提供了有益的借鉴.     

后电视时代的绚烂

在1999年底,当长虹一再挑起彩电业降价大战的时候,这彩电怎么看都是夕阳产业。再怎么翻花样也就是个信号接收器,要想像奔腾那样两三个月就升次级实在太难,最近的亿万富翁也绝难从这儿兴起。然而,刚刚结束的在美国拉斯维加斯举行的2003     

石墨烯透明电极在氮化镓基光电器件中的应用

二维材料石墨烯因其优异的特性或将在下一代纳米电子器件中发挥核心作用.其用作光电器件上的透明电极是目前公认的短期内最有可能实现产品化的领域.本文结合实验室的工作,综述了石墨烯应用作氮化镓(GaN)基光电器件(特别是发光二极管)透明电极的国内外最新研究进展,并对未来发展方向作了展望.     

碳纳米管和石墨烯人工肌肉

碳纳米管、石墨烯是近20年崛起,集优异的电学、力学、电化学、电机械等性能于一身的新型纳米材料,在材料、能源、环境、尤其在人工肌肉领域已取得了卓越的进展和成果.人工肌肉是一类能将外部刺激如光、热、电等转换成机械能输出的驱动器.碳纳米管和石墨烯离子型驱动器以其能在较低的电压下,表现出大的弯曲形变和高的空气中循环稳定性,在众多种类的驱动器中成为了科学研究的重点.该驱动器由两电极层以及夹在两电极层之间的聚合物电解质层组成,其致动过程主要受电场下离子在电极层和电解质层中的扩散迁移控制.本文主要综述了碳纳米管和石墨烯作为电极的离子型驱动器工作原理、发展现状;分析了碳纳米管和石墨烯离子型驱动器发展中限制驱动性能进一步提高的几个关键性问题以及遇到的挑战;在此基础上,提出一些具有建设性的方案以及对未来碳纳米管和石墨烯离子型驱动器领域的展望.     

石墨烯的组装和织构调控:碳功能材料的液相制备方法

石墨烯是sp2杂化碳质材料的基本结构单元,为构筑具有特定结构和功能的碳质材料带来新的契机.通过石墨烯/氧化石墨烯的液相组装和组装体织构的二次调控可以实现新颖碳功能材料的可控制备,这种液相制备方法实现了碳结构单元在溶液相直接自组装构建固相碳质材料.相比较而言,碳功能材料制备的经典方法,如固相炭化方法侧重于材料宏观尺度的结构和形态调控(如炭纤维),气相沉积方法长于在微观层面实现材料结构控制(如碳纳米管);而这种基于石墨烯自组装的液相制备方法架起了从微观到宏观的桥梁,实现了材料介观织构的精确构建.结合本课题组近年来的研究工作,本文对与石墨烯相关的液相结构组装和组装体织构调控方面的研究进展进行了简要评述和前景展望,并着重介绍了几种新颖的石墨烯基多孔碳功能材料.     

基于PECVD技术的石墨烯可控制备与应用:现状与展望

石墨烯因其优异的物理/化学特性,在众多领域有着广泛的应用前景.为了推动石墨烯材料的实际应用,需要寻找稳定可靠、可扩展和低成本的石墨烯材料制备方法.等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)技术是一种借助外加能量辅助反应前驱体裂解产生等离子体,进而实现石墨烯制备的方法. PECVD技术在沿袭了传统化学气相沉积法工艺产物设计性强、反应途径灵活、可批量化、高品质制备石墨烯等优点的基础上,可以实现石墨烯在更低的生长温度、更多样化的生长衬底上以更快的生长速度制备合成,从而能够有效降低能耗,提高制备效率,拓展石墨烯的应用场景.本文综述了近年来利用不同等离子体源(射频、直流和微波)PECVD技术制备石墨烯的研究进展,讨论了其生长机理,以及PECVD制备石墨烯在储能、器件散热和光热转化等相关领域的应用,进一步对PECVD技术在石墨烯制备和应用中面临的挑战和未来的发展前景进行了总结.     

4-6GHz高T_c超导微带天线的实验研究

高T_c超导天线的研究始于1988年英国伯明翰大学的钇系电振子天线。1989年,我们研制成功第一只Bi系磁振子天线。1990年6月我们用Bi系体材料研制成第一只超导微带天线。此后,针对4-6GHz频段开展了超导微带天线较全面的实验研究。结果表明,浸于液氮中的Bi系超导微带天线与浸于液氮中的铜微带天线相比较,具有更高的效率。1991年6月,首次完成了4.7GHz超导微带天线的方向图测量,测量表明超导材料并没有影响天线的方向特性。     

可拓论及其应用

“可拓集合和不相容问题”一文的发表,提出了探讨事物的可拓性,以解决矛盾的问题的研究方向,１５年来,对这一方向的逐步形成了可拓论,它以物元理论和可拓信集合论为支柱,以可拓方法为特有的方法,它的应用方法称为可拓工程方法,包括可拓信息方法,可拓系统方法,可拓决策方法等,这一研究工作提出的基本概念,理论,方法以及在经济领域,管理,控制领域和人工的初步应用。     

转移过程对CVD生长的石墨烯质量的影响

利用化学气象沉淀法(CVD)在金属衬底上生长的石墨烯制备电子器件需要先把石墨烯转移到绝缘基底上,转移过程对器件制备的成功率和性能的均匀性有重要影响.转移过程中导致的石墨烯破损和金属生长基底残余颗粒污染受到普遍重视,然而由金属基底腐蚀液导致的石墨烯表面污染还没有引起足够的重视.本文利用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)证明了转移过程中金属基底腐蚀液会在石墨烯表面引入污染,利用我们发展的"改良的RCA(radio corporation of America)清洗(modified RCA clean)"转移工艺能够有效地去除这种污染.这对提高后续制备的电子器件的性能有重要意义.