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中国化学会2017全国高分子学术论文报告会

作者：赵丽强飞胡丽丽汤龙程张国栋杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室

如何将石墨烯及其衍生物引入到宏观结构高分子材料中高效发挥其性能优势,一直是近年来的研究热点和难点所在。本文采用简单的模板浸涂法制得了石墨烯带（r GONR）@聚氨酯（PU）泡沫复合材料,并系统研究了石墨烯带的形貌、表面硅烷化对... 详细信息

如何将石墨烯及其衍生物引入到宏观结构高分子材料中高效发挥其性能优势,一直是近年来的研究热点和难点所在。本文采用简单的模板浸涂法制得了石墨烯带（r GONR）@聚氨酯（PU）泡沫复合材料,并系统研究了石墨烯带的形貌、表面硅烷化对材料结构、功能特性的影响。结果表明,相对窄的石墨烯带（长度3-5μm、宽度为0.1-0.2μm）而言,宽的石墨烯带（长度3-5μm、宽度为0.5-1μm）@PU复合材料具有更为优异的导电性能与小形变压敏灵敏度,这主要归因于宽带构筑的网络结构更为完善牢固,压缩时受PU骨架扩张变形所带来的网络结构破坏程度低,因而更易呈现由压缩接触主导的电阻下降行为;将带进行十八烷基三甲基硅烷偶联剂和十七氟三甲基硅烷偶联剂改性,制得硅烷化石墨烯纳米带@聚氨酯泡沫（f-r GONR@PU）复合材料,利用低表面能物质实现了材料的超疏水改性,具有优异的振荡条件下动态油水分离效率与自清洁能力。

关键词：石墨烯带压敏硅烷化超疏水复合材料

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基于限域催化金属反润湿调控的石墨烯条带低温CVD制备研究

基于限域催化金属反润湿调控的石墨烯条带低温CVD制备研究

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作者：宁聪聪重庆大学

学位级别：硕士

石墨烯作为最薄的二维原子晶体材料,具有优异的理化性质,是碳材料家族的明星材料之一。为拓展石墨烯材料的应用,需要制备出图案可定制、位置可设计、电子结构灵活可调的高质量石墨烯产品。尤其是将石墨烯纳米条带化,能够引入带隙,推动... 详细信息

石墨烯作为最薄的二维原子晶体材料,具有优异的理化性质,是碳材料家族的明星材料之一。为拓展石墨烯材料的应用,需要制备出图案可定制、位置可设计、电子结构灵活可调的高质量石墨烯产品。尤其是将石墨烯纳米条带化,能够引入带隙,推动石墨烯在电子器件中的应用进程。因此,基于基底图案化策略,制备石墨烯纳米带具有重要意义。化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition,CVD）是制备层数可控、高质量且均匀的单/少层石墨烯的最优方法。然而,CVD法高温生长条件会导致图案化基底的受热无序变形,限制CVD石墨烯条带的大规模制备。因此,本研究从图案化石墨烯的制备出发,利用模板限域制备一维催化金属基底和改变反应前驱体降低反应温度的方法来制备边缘连续、宽度均匀、长宽比高的图案化石墨烯条带阵列。主要开展如下研究:（1）沟槽限域金属的反润湿调控研究利用微纳加工工艺在SiO2/Si表面构造“V”型沟槽阵列,在槽内初步构筑一维带状金属基底,金属经过高温处理后反润湿形成均匀且连续的一维催化基底。具体地,我们首先以Cu为生长基底,探究升温方式、溅射时间、溅射方式对金属Cu形貌的影响,随后通过加入不同粘附层金属的方式调节Cu与SiO2的界面作用力,探究粘附层金属种类、粘附层厚度对金属基底形貌及其反润湿行为的影响;最后,研究碳源、反应温度和反应时间等CVD反应条件对金属基底反润湿行为的影响。研究发现,在快速升温的前提下,增加金属薄膜的厚度可以在保证金属条带边缘有极高反润湿速率的同时,抑制金属薄膜反润湿;合适的粘附层金属和粘附层厚度可以有效抑制金属薄膜的反润湿行为;反应温度和反应时间共同影响金属基底经过反润湿过程后的最终形貌,选择合适的反应温度和生长时间可以调控金属基底的反润湿行为,得到长度连续,宽度均匀的一维金属生长基底。（2）图案化金属条带表面的石墨烯带低温生长研究得到连续且均匀的一维金属生长基底以后,选择不同的碳源进行后续的低温CVD制备图案化石墨烯阵列的实验探究。探究一维金属基底低温生长石墨烯条带的影响因素,具体包括碳源的种类,反应时间,反应温度和碳源流量。研究发现,同一反应温度,乙烯的反应活性大于甲烷,大于无定型碳;固定金属基底组成后,延长生长时间,对不同碳源制备的石墨烯条带的质量和层数的影响也不相同;石墨烯条带的层数与反应温度息息相关;在金属基底的溶碳量饱和后,增加碳源的流量不影响石墨烯阵列的层数。经优化反应条件,成功合成了连续均匀、结晶性好的双层石墨烯条带。

关键词：图案化基底限域反润湿催化金属低温CVD生长石墨烯带

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石墨烯带正常-超导结的量子输运

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深圳大学学报（理工版） 2014年第2期31卷 111-118页

作者：王斌李健伟卫亚东王健深圳大学物理科学与技术学院深圳大学计算凝聚态物理研究所深圳518060 香港大学物理系中国香港

基于非平衡格林函数(non-equilibrium Green's function,NEGF)和密度泛函理论(density functional theory,DFT),从第一性原理出发研究Armchair型和Zigzag型的石墨烯带正常-超导结的电子输运性质,计算了缺陷对这两种正常-超导结输运... 详细信息

基于非平衡格林函数(non-equilibrium Green's function,NEGF)和密度泛函理论(density functional theory,DFT),从第一性原理出发研究Armchair型和Zigzag型的石墨烯带正常-超导结的电子输运性质,计算了缺陷对这两种正常-超导结输运性质的影响.计算表明,对无缺陷正常-超导石墨烯带,在超导能隙内,Andreev反射系数TA恰好等于正常石墨烯带的电子透射系数TN.当石墨烯带存在缺陷时,Andreev反射系数TA不再是一个常数,而在超导能隙边缘出现两个尖锐的峰,其峰值大于正常系统的电子透射系数.在超导能隙之外,Andreev反射系数TA逐渐减小为0,准粒子的正常隧穿几率T1逐渐增大,且趋于无超导下的正常系统的电子透射系数TN.不同缺陷构型对石墨烯带中载流子的输运过程影响不同.如果缺陷的存在对正常石墨烯带电子散射过程影响越大,则其对正常-超导体系中的Andreev反射和准粒子散射影响也越大.

关键词：凝聚态物理石墨烯带正常-超导结 Andreev反射非平衡格林函数密度泛函理论

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调控限域金属固态反润湿制备石墨烯条带及其氮掺杂研究

调控限域金属固态反润湿制备石墨烯条带及其氮掺杂研究

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作者：熊旭尧重庆大学

学位级别：硕士

石墨烯因具有优秀的光学、热学、电学、机械性能,一经问世便成为了学者们关注和研究的焦点。目前,化学气相沉积法（CVD）是合成大规模、高品质石墨烯薄膜的最有效的方法。若要继续推动石墨烯在光电器件中的利用,就需要制备出可图案化且... 详细信息

石墨烯因具有优秀的光学、热学、电学、机械性能,一经问世便成为了学者们关注和研究的焦点。目前,化学气相沉积法（CVD）是合成大规模、高品质石墨烯薄膜的最有效的方法。若要继续推动石墨烯在光电器件中的利用,就需要制备出可图案化且方向、位置可设计、电子结构可调节的石墨烯结构。而且,在许多领域中的应用对石墨烯的电导率、透光率等有着严格的要求,这些性质与石墨烯层数密切相关。因此,本研究从图案化石墨烯的要求出发,使用化学气相沉积法制备出宽度均匀、高长宽比、层数可控的石墨烯条带阵列。进一步地,由于石墨烯的零带隙限制了其在半导体器件领域的应用,研究通过氮掺杂对石墨烯条带进行改性,以期使之具有更多的应用场景。研究使用刻蚀出梯形沟槽的SiO2/Si作为模板,构筑条带状金属催化剂基底,然后于其暴露上表面经CVD生长石墨烯条带。首先以Cu作为生长基底制备石墨烯条带,探究升温方式、溅射时间、溅射方式（预热溅射）、沟槽类型（V形槽）、反应温度、反应时间对Cu膜的反润湿以及石墨烯条带的影响。其次,探讨加入Ni粘附层后的Cu Ni合金基底,不同的Cu溅射时间、反应温度、反应时间对沟槽内Cu Ni双金属薄膜的反润湿的影响,进而以氨气作为氮源制备掺氮石墨烯条带。主要研究成果如下:第一,使用Cu作为生长基底时,快速的升温方式能促进CVD后的Cu带保持完整;Cu的溅射时间越长则薄膜越厚,反润湿的程度越低;若溅射时加热基底会使Cu膜形成晶态结构,加速反润湿过程的发生;梯形沟槽拥有比V形槽更平坦的底部,因此更适合作为制备生长基底的模板;反应温度和反应时间共同影响着Cu带的形貌与石墨烯条带的质量,过高的温度和过长的时间会使Cu带边缘破裂,而温度过低或时间过短则不适合石墨烯条带的生长;较小的甲烷流量更加有利于在Cu带上生长单层石墨烯条带。通过表征测试,证明了单层结构的石墨烯条带缺陷较低、层数均匀。第二,在Cu基底中加入Ni粘附层后,Cu金属基底与沟槽衬底之间的粘附力增加,加之沟槽的限域作用,共同抑制了金属的高温反润湿过程。与纯Cu基底相比,Cu Ni合金基底可以在更短的溅射时间、更高的反应温度,更长的反应时间下保持金属条带完整不破裂;并且由于CVD反应后Cu Ni合金基底表面粗糙度更小,制备出的石墨烯条带均匀性更好、缺陷度更低。而且,可以通过Cu膜和Ni膜的相对厚度、反应时间和掺氮时间等反应参数调节来实现未掺氮和掺氮石墨烯条带的层数控制。选区电子衍射（SAED）结果表明,合成的单层掺氮石墨烯条带具有0°和30°两种晶格取向角,氮原子面内分布均匀,掺氮量为1.72 at.%,其中吡啶氮、吡咯氮和石墨氮分别占4.01 at.%、59.91 at.%、36.08 at.%。掺氮石墨烯条带在室温下红光区和近红外光区表现出明显的荧光效应。

关键词：图案化石墨烯金属反润湿限域生长石墨烯带氮掺杂

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异质结结构设计与界面能量输运性质的研究

异质结结构设计与界面能量输运性质的研究

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作者：田川西南交通大学

学位级别：硕士

异质结的一般结构是由两层以上不同的材料所组成,它们各具有不同的能带间隙。异质结的形成伴随着界面热阻与电阻的产生,其大小影响着异质结在电子器件中的应用。本文使用分子动力学模拟和第一性原理计算等方法,分别从微电子系统和分段... 详细信息

异质结的一般结构是由两层以上不同的材料所组成,它们各具有不同的能带间隙。异质结的形成伴随着界面热阻与电阻的产生,其大小影响着异质结在电子器件中的应用。本文使用分子动力学模拟和第一性原理计算等方法,分别从微电子系统和分段热电材料的应用出发,选取碳纳米管-石墨烯纳米带和硅-硅化镁两种异质结构为研究对象,探讨了异质结界面结构对界面热、电输运和机械稳定性的影响。本主要工作可分为以下两部分:1、通过经典分子动力学模拟方法研究了非平面连接处的热输运性质。异质结界面的材料失配将会导致体系局部或者整体性质的改变。本文探究了纵向剪开的碳纳米管中,碳纳米管剪开的开口大小（即改变碳纳米管与石墨烯纳米带异质结过渡界面的开角大小）对异质结力学稳定性和热传输性质的影响。计算研究表明碳纳米管向石墨烯带过渡得越剧烈,其连接处的开角越大,局部热导率越高,单位长度的界面热阻越小。对于不同管径的碳纳米管,过渡界面的最大开角恒定不变为16.3°。这一发现对于研究一维到二维体系连接过渡界面的热输运性质具有重要意义,并且为该体系异质结的制备提供了重要的结构参数等信息。2、以Si-Mg2Si分段热电材料作为研究对象,探究沿不同晶向组成的界面结构对其接触电阻、热阻和机械稳定性的影响。通过基于牛顿第二定律的分子动力学模拟与密度泛函理论的第一性原理计算方法,构建了六种沿不同晶向组成的Si-Mg2Si界面结构,并研究个模型的界面稳定性和界面能量输运性质。研究结果表明,由（001）Si界面与（001）Mg2Si-Si组成的分段热电材料的界面热阻为63.26×10-8K·m2W-1,界面电导为0.6166 e2h-1,在机械稳定性以及热、电输运性质上表现最为优,表明该结构在热电能量转换上可能具有较高的转换效率。这部分工作所解决的问题涉及到物理学、化学、表面科学和纳米科学等多个科学领域。其不仅对分段热电材料的设计起着关键作用,还对材料界面发挥重要作用的领域,如热界面材料、复合物,以及表面涂层等的发展有着重要的指导作用。

关键词：碳纳米管石墨烯带 Si-Mg2Si 异质结分子动力学第一性原理

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单苯环石墨烯带长度变化对电子学特性的影响

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黑龙江大学自然科学学报 2013年第1期30卷 135-140页

作者：闫雨桐王成峰曾燕章玲李惠慧王利光香港科技大学工学院江南大学理学院无锡214122

利用密度泛函理论对并八苯环石墨烯带、并十二苯环石墨烯带和并十六苯环石墨烯带的结构稳定性、能级与能隙、红外和拉曼光谱、分子轨道等进行了研究,并对石墨烯带长度变化对其电子学特性的影响进行了分析。结果显示:三种模型的HOMO和LUM... 详细信息

利用密度泛函理论对并八苯环石墨烯带、并十二苯环石墨烯带和并十六苯环石墨烯带的结构稳定性、能级与能隙、红外和拉曼光谱、分子轨道等进行了研究,并对石墨烯带长度变化对其电子学特性的影响进行了分析。结果显示:三种模型的HOMO和LUMO之间的能隙分别为0.63eV、0.53 eV和0.45 eV;分子轨道的电子云分布说明三种模型均表现出离域特性;红外和拉曼光谱给出了分子的振动频率、相应强度以及对应碳碳键的振动模式。

关键词：石墨烯带能级分子轨道红外光谱拉曼光谱

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石墨烯带长度变化与电子结构和电子输运的关系

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固体电子学研究与进展 2012年第1期32卷 1-5,35页

作者：陈蕾闫雨桐 Terence K S W 王利光江南大学理学院江苏无锡214122 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院新加坡636798

利用基于非平衡格林函数的密度泛函方法,对长度变化石墨烯带的电子结构和输运特性进行了研究,得出在同一长度的石墨烯带内,系统态密度的峰值与电子传输概率的峰值具有较好的对应关系,但是电子传输概率的大小与电子态密度值的大小没有明... 详细信息

利用基于非平衡格林函数的密度泛函方法,对长度变化石墨烯带的电子结构和输运特性进行了研究,得出在同一长度的石墨烯带内,系统态密度的峰值与电子传输概率的峰值具有较好的对应关系,但是电子传输概率的大小与电子态密度值的大小没有明显的正比关系。随着长度的增加,电子的传输更倾向于集中在某几个能量态,传输曲线呈现梳齿状,这是由于石墨烯带越长,电子态呈现越稳定的分布。研究还得出不同长度的石墨烯带的电导值和HOM O-LUM O差值成反比,且随着石墨烯带长度增大,其电导出现非线性变化,且呈现规则的振荡状态。

关键词：石墨烯带密度泛函电子传输态密度

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石墨烯带—苯环—石墨烯带结构的电子输运

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江西师范大学学报（自然科学版） 2012年第2期36卷 116-119页

作者：安雅娟余陨金万浪辉卫亚东深圳大学物理科学与技术学院广东深圳518060

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... 详细信息

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.

关键词：石墨烯带苯环伏安特性电流噪声 Fano因子

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隨機位能對石墨烯帶的傳導影響

隨機位能對石墨烯帶的傳導影響

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作者：阮崇豪成功大學

学位级别：碩士

本篇论文利用数值模拟研究随机位能对石墨烯带的传递造成的影响。石墨烯带的能带结构有别於石墨烯，随着石墨烯带边缘形状及单位晶胞的原子数目造成不同的能带结构，故我们首先介绍石墨烯带的能带结构及计算的紧束缚近似模型(tight-bind... 详细信息

本篇论文利用数值模拟研究随机位能对石墨烯带的传递造成的影响。石墨烯带的能带结构有别於石墨烯，随着石墨烯带边缘形状及单位晶胞的原子数目造成不同的能带结构，故我们首先介绍石墨烯带的能带结构及计算的紧束缚近似模型(tight-binding approximation model)。再来我们将中间一段石墨烯带加入随机位能，两端接上同宽度的石墨烯带（长度无限），选取某一能量的电子从左边入射，利用转移矩阵方法(transfer matrix method)计算电子通过中间带的穿透系数和反射系数。首先，我们检查粒子流的守恒；然後研究穿透系数和入射电子能量、以及中间带长度的关系。最後，对於一个固定长度的中间带，我们将穿透机率（|T^2 |）取随机数的平均。这个平均值随着中间带的长度呈现指数衰减，衰减指数的倒数大约是电子局域化的长度。我们研究局域化的长度和入射电子能量、随机位能的强度、以及石墨烯带宽度和切割方向等变数的关系。

关键词：石墨烯帶轉移矩陣局域化長度

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一种调控和表征石墨烯带隙的方法及装置

一种调控和表征石墨烯带隙的方法及装置

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作者：张秋慧陈朝阳武兴会李小魁黄全振 451191 河南省郑州市新郑市龙湖镇祥和路1号

本发明公开了一种调控和表征石墨烯带隙的方法，同时公开了一种调控和表征石墨烯带隙的装置，包括He-Ne激光器、第一全反镜、第二全反镜、第一分光镜、第二分光镜、透镜、石墨烯、第三全反镜、滤光片、光谱仪、CCD、同步控制器、计算机... 详细信息

标准号: CN105460930A

本发明公开了一种调控和表征石墨烯带隙的方法，同时公开了一种调控和表征石墨烯带隙的装置，包括He-Ne激光器、第一全反镜、第二全反镜、第一分光镜、第二分光镜、透镜、石墨烯、第三全反镜、滤光片、光谱仪、CCD、同步控制器、计算机控制系统和路由器。本发明能够快速调控石墨烯带隙，并给出石墨烯带隙具体值，为打开石墨烯带隙及其在半导体领域的应用提供了一种行之有效的方法；利用石墨烯拉曼光谱G峰峰值位置表征石墨烯带隙，大大提高了控制精度，操作方便、简单；采用He-Ne激光作为石墨烯拉曼光谱的激发光，使溴或碘电子的激发降到了最低，测量结果准确，可以控制掺杂溴蒸气和碘蒸气的体积，为精确控制石墨烯的带隙提供了可靠保障。

关键词：石墨烯带石墨烯全反镜一种拉曼光谱分光镜调控计算机控制系统透镜半导体领域同步控制器精确控制控制精度应用提供光谱仪碘蒸气峰峰值激发光具体值路由器滤光片溴蒸气带隙最低掺杂公开激发可靠打开准确保障控制

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