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.     

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.     

石墨烯纳米带的制备方法研究

石墨烯由于具有优异的性质和广泛的应用前景而备受关注,石墨烯纳米带具有自旋极化的边界态,在自旋电子学领域具有潜在应用价值,因此,石墨烯纳米带的制备具有重要的研究意义。该文对目前关于石墨烯纳米带的制备方法进行了总结,并对这些制备方法做了对比分析。     

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。     

锯齿型石墨烯纳米带边界态

基于Kane-Mele紧束缚模型,在包含自旋轨道耦合作用和塞曼作用项后,我们又引入更为合理的自洽在位库仑相互作用,分析研究各相互作用项对边界带的能带结构和电子分布特征的影响.研究结果表明,自旋轨道耦合作用导致自旋简并劈裂出现非常小的能隙,自洽在位库仑相互作用可使能隙增加,边界带范围增加,而塞曼效应却能保护边界带原有的拓扑属性,使边界带穿过能隙,同时也保护边界态在局域边界的自旋极化特征;4个边界能带由左右两组边界子能带系构成,各边界子能带系在费米能处形成左右能隙和费米波矢,其自旋量子霍尔系统构型属于B型.     

多层隔热体的法向换热分析

从３种基本的换热方式（辐射换热、残余气体导热、固体接触导热）入手,对多层隔热体的法向热性能进行研究,求出法向有效热导率的理论表达式,为提高多层隔热体的低温隔热性能提供理论依据     

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。     

双弯曲对称石墨烯纳米带的热电性质

运用非平衡格林函数方法,研究了双弯曲对称石墨烯纳米带结构中的电子和声子输运规律．研究结果表明：两种双弯曲对称石墨纳米带对应的ZT值可以远大于相应理想石墨纳米带对应的值;同时发现,两种双弯曲对称石墨纳米带对应ZT的最大值非常敏感地依赖于其散射区的长度和宽度的变化．     

功能梯度多层石墨烯增强纳米复合材料圆弧拱的参数失稳分析

针对功能梯度多层石墨烯增强纳米复合材料(functionally graded multilayer graphene nanoplatelets reinforced composite,FG-GPLRC)圆弧拱的参数失稳问题,基于Halpin-Tsai的复合材料微观力学模型和有限单元法理论建立了FG-GPLRC圆弧拱在拱顶作用周期荷载的运动控制方程,并转化为含阻尼项的Mathieu-Hill方程。利用Bolotin方法求解Mathieu-Hill方程获得FG-GPLRC圆弧拱的主动力不稳定区域,并分别研究了石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GPLs)的分布类型、质量分数、几何形状对FG-GPLRC圆弧拱动力不稳定性的影响。数值结果表明,GPLs沿拱截面厚度方向的顶层和底层分布较多时能够明显减小FG-GPLRC圆弧拱的面内不稳定区域,提高其结构稳定性。当GPL的高宽比大于4和宽厚比大于103时,GPL的几何形状对FG-GPLRC圆弧拱的动力稳定性影响不再明显,且随着结构阻尼系数的增大,FG-GPLRC圆弧拱发生参数失稳的临界荷载也增大,从而降低了结构发生动力失稳的概率。     

扶手椅型石墨烯纳米带边缘的硼掺杂

利用第一性原理研究了2种边缘掺杂硼方式的扶手椅型石墨烯纳米带。结果表明:硼掺杂使得沿纳米带方向的晶格常数发生改变,并且在能带隙中出现新的能带。对于原胞中添加4个硼原子的掺杂方式(B1-7AGNR),沿纳米带方向的晶格常数有所增加,在带隙中出现了4条能带,其中2条能带来自于硼的2pz轨道,其余2条能带主要来自于硼的2px和2py轨道。对于原胞中添加2个硼原子的掺杂方式(B2-7AGNR),沿纳米带方向的晶格常数有所减小,在带隙中出现了2条能带,其来自于硼的2pz轨道。     

同位素掺杂对石墨烯热传导的影响

文章采用分子动力学模拟方法研究了同位素¹³C掺杂的扶手型石墨烯纳米带的热传导行为。杂质散射导致的声子局域化显著地减小了系统的热传导系数。我们进一步研究了杂质散射对四种不同声子输运模式的影响,发现在相同的杂质浓度下,TA声子遭受的散射最强,而LA声子遭受的散射最弱。     

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。     

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。     

北京大学制备石墨烯纳米带的剪裁研究取得新进展

如何实现对石墨烯（Graphene）材料剪裁的人工控制,这是近年来科学家一直努力的目标之一。这项工作的重要性是可以对石墨烯能带进行调制,从而有望获得具有各种所需物理性质的微电子器件。近日,北京大学物理学院、北京大学量子材料科学中心王恩哥教授与研究生刘磊以及中国科学院物理研究所王文龙等研究人员共同合作,发明了一种新的方法...     

环境对窄锯齿型石墨烯纳米带中边界带的影响

在描述自旋轨道耦合的紧束缚Kane-Mele模型的基础上,我们通过改变边界处原子间的跃迁系数来模拟环境对石墨烯纳米带边界带的影响.理论研究结果显示,对双边跃迁系数同等调控时,随着跃迁系数的增大,两个边界子能带的费米波矢都在向0.5靠近,能隙线性减小.进一步研究表明,通过单边调控原子间的跃迁系数,可对相应边界子能带的结构参数进行调控.     

多层复合实木地板的热传导性能和尺寸稳定性

通过地热试验，分析了地板采暖的性能特性。结果表明：多层实木复合地板热传导的性能优良，储热与热辐射效果俱佳；采暖地板系统的地板表面温度分布比较均匀，垂直方向温度梯度较小，呈负梯度分布，散热均匀；采暖地板系统中，辐射热占总传热量的50％左右，较其他热传导的贡献要大；地板的尺寸稳定性较好；多层实木复合地板是优良的地热采暖材料。     

堆叠多层石墨烯的太赫兹电导研究

单层石墨烯具有可调的太赫兹电导,有望应用于制作新型太赫兹器件,然而这种调谐的变化范围有限,通过多层石墨烯的堆叠可以拓展石墨烯太赫兹器件的性能上限。本文通过太赫兹时域光谱研究了石英衬底上不同层数堆叠的石墨烯的太赫兹透过特性,并使用Drude模型以及菲涅尔定律对实验结果进行了理论模拟。实验数据与理论结果的匹配表明:随机堆叠的多层石墨烯在太赫兹波段可以看作没有电子耦合的多个单层石墨烯,其太赫兹电导具有更宽的调谐范围,同时化学掺杂可以进一步提高材料的载流子浓度,从而获得更高的太赫兹电导。     

单层石墨烯矩形纳米片等离子体共振频率的解析判定

利用经典电路演绎,对单层石墨烯矩形纳米片等离子体共振频率进行了研究.将单层结构化石墨烯等效为由电感和电容共同构成的集总电路.基于准静态近似,分析得到了单层结构化石墨烯等离子体共振频率的解析判定公式.结果表明,通过调节周围环境介电常数,石墨烯自身几何形状及其费米能量,石墨烯等离子体的共振特性能够得到有效的调控.此外,借助于数值仿真实验,上述解析判定公式的可靠性得到了验证.这种电路描述方法为石墨烯等离子体微结构器件共振频率的确定提供了指导,能够进一步降低复杂构型石墨烯等离子体的设计难度.     

边缘化学修饰锯齿型石墨烯纳米带的电子结构

利用第一原理密度泛函理论,计算了边缘氢化和COH,CO边缘氧化的锯齿型石墨烯纳米带的结构稳定性和电子结构性质。能量计算表明,这些氧化的纳米带比边缘氢化纳米带要稳定。此外,OH官能团产生了和H边缘类似的能带结构,而CO官能团产生了复杂的金属能带结构,边缘氧化引入了穿越费米能级的半占据能带。相应结果为制备石墨烯基纳米电子器件提供了理论依据。     

不同宽度锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究

采用第一原理密度泛函理论,研究了不同宽度边缘饱和（氢原子）一维石墨片纳米带的电学性质。研究表明：对于所有宽度锯齿型纳米带,其几何结构和电子结构与碳纳米带的宽度密切相关。这为揭示纳米带尺寸效应提供了一条切实可行的道路。