褶皱石墨带的电子输运性质(英文)

利用递推格林函数方法,我们研究了褶皱石墨带的电子输运性质.当石墨带具有褶皱时,对于锯齿型石墨带,在第一个范霍夫奇点内,发现了电导隙和伴随着电导振荡的微带.然而,对于金属性扶手型石墨带,在费米能附近仅发现了电导隙,说明扶手型石墨带发生了金属-半导体转变.随着石墨带的褶皱加强,无论是锯齿型还是扶手型石墨带,平均电导都逐渐减小,并趋于0.结果有利于我们理解真实构型石墨带的电子输运性质,并且有助于设计基于石墨带的纳米器件.

石墨带电极在电容法脱盐中的吸附特性研究

采用具有高比表面积的石墨带作为电容法脱盐吸附电极。试验考察了在不同电压和不同浓度下石墨带电极对NaCl溶液的吸附规律。结果表明,石墨带电极的比吸附量随着极板电压和原料液浓度的增大而增加,但极板电压对电极比吸附量的影响更显著。通过对石墨带电极等温吸附曲线的测定,发现电极表面吸附的离子符合朗格缪尔吸附规律。通过对电极的表面改性可以在一定程度上提高电极表面的有效利用率,从而提高比吸附量。

Z形石墨带的电子输运性质:形状与尺寸效应(英文)

基于格林函数方法及Landauer-Büttiker公式,研究了纳米石墨带异质结的电子输运性质,石墨带异质结由Z形石墨带与两个锯齿型石墨带电极构成.研究发现电导大小依赖其几何构型.由于电子局域在锯齿型石墨带边缘,因此在费米能级附近出现了电导隙或电导谷.调节结间石墨带的宽度,发现准束缚态的存在诱导许多尖锐的电导峰,电导峰的数目几乎与结间的石墨带长度无关.在低能区,当θ为60°或150°时,宽度均匀的Z型石墨带仍然保持弹道输运特征.因此,Z形纳米石墨带可选择地应用于未来的纳微电路.

石墨带在碳纳米管内嵌入行为的研究

利用经典分子动力学方法,计算分析了纳米石墨带在单壁碳纳米管中的嵌入行为.结果表明,石墨带可以自发嵌入碳管内部,而石墨带边缘的悬键明显影响其在碳管中的嵌入过程和最终的嵌入结构.在嵌入过程中悬键会自行结合或与碳管端口碳原子的悬键结合以消除悬键,从而降低系统能量.悬键结合位置的随机性导致石墨带嵌入后的结构有多样性.

凸轮轴石墨带形成及防止方法的探讨

根据生产的EQ153冷硬铸铁凸轮轴和东风.本田轿车凸轮轴在冷激铸造时所出现“黑线”,习惯称作石墨带,便产生局部软点对质量的影响.从熔化到浇注生产过程中阐述了化学成份、铁水过热、浇注速度,以及C_E控制,铸造工艺和冷铁质量进行探讨.

最近邻Coulomb相互作用对纳米石墨带铁磁基态的影响

基于Peierls-extended Hubbard模型,采用Hartree-Fock近似,研究了最近邻Coulomb相互作用V对纳米石墨带铁磁基态稳定性的影响.结果表明,当V增大到某一临界值时,铁磁基态变得不稳定,同时系统从自旋密度波态过渡到电荷密度波态.

石墨带电极电容性脱盐试验研究

以超级电容器专用石墨带为电极吸附材料,钛板为集流体,2者间通过导电胶粘结的方式制得电容法脱盐(CDI)用双面石墨带电极,并组装了由10对石墨带电极构成的CDI串联脱盐装置。考察了不同原料液盐含量、流量和极板间电压对CDI装置脱盐性能的影响规律。结果表明,不同操作条件下,CDI装置的出水电导率随运行时间均呈近似于"正弦波"的变化规律。当原料液盐的质量浓度在400～800 mg/L时,系统脱盐率最大可达35%,产水率和比能耗分别保持在32%～33%和0.9～1.2 kWh/m3;当极板间电压由2.0 V增大至4.0 V时,系统脱盐率由31%提高到41%,产水率由28%增大到40%,产水比能耗增加了近1倍;当原料液体积流量由1.5 L/h增大到4.5 L/h,系统脱盐率由34%降低到28%,产水率由32%降低到27%,产水比能耗变化幅度较小。

Klein边界诱导的zigzag石墨带新性质：铁磁性、单原予吸附及边界重构

基于第一性原理计算，研究了Klein型石墨带的电子结构和磁性质，结果表明，相比zigzag边界诱导的反铁磁边缘态，Klein边界诱导表现为铁磁边缘态，在Klein型石墨带中，Lieb定理不再适用。Klein边界上的碳原子不应被看成是隶属于A或B点阵的体原子，而应看成是zigzag边界上吸附的碳原子。zigzag边界上吸附的单个碳原子能破坏它附近的边缘态，直到zigzag短链的长度达到五倍品格常数时，边缘态才能恢复。Klein边界会导致复杂的边缘重构。

凸轮轴石墨带缺陷的防止

冷硬铸铁凸轮轴是我公司生产的康明斯6BT柴油载重汽车发动机的一个关键铸件。由于凸轮轴的进排气凸轮与挺杆机械运动相摩擦产生高温,易造成边缘龟裂和剥落。经解剖作金相显微分析。

石墨带对砂光质量的影响

本文叙述了宽带砂光机压磨垫中石墨带的作用和对砂光质量的影响,提出了正确选择和使用石墨带的方法。

石墨烯纳米带的热输运性能研究

基于分子动力学模拟方法,研究了本征石墨烯纳米带的尺寸效应以及存在空位、N掺杂、B掺杂缺陷时,温度、缺陷浓度和不同缺陷类型对石墨烯纳米带热输运性能的综合影响,深入研究了石墨烯纳米带的声子热输运机理。结果表明:本征石墨烯纳米带的热导率在400K时为107.0W/(m·K),且均随长度和宽度的增加而增加。当缺陷和温度混合效应存在时,由于声子散射和高频声子的激发,使热导率均会随浓度和温度的增加而下降。同时,不同缺陷类型在同一温度下,空位缺陷在低浓度时对热导率影响较大,但在高浓度时掺杂缺陷影响显著。其中N掺杂的影响强于B掺杂,这是由于不同原子的质量不同造成的。研究结果有助于调控石墨烯热输运特性,可为微纳电子器件的高效散热提供理论指导。

Rb吸附石墨烯纳米带电子性质和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法了计算了Rb、O和H吸附石墨烯纳米带的差分电荷密度、能带结构、分波态密度和介电函数,调制了石墨烯纳米带的电子性质和光学性质,给出了不同杂质影响材料光学特性的规律.结果表明本征石墨烯纳米带为n型直接带隙半导体且带隙值为0.639 eV;Rb原子吸附石墨烯纳米带之后变为n型简并直接带隙半导体,带隙值为0.494 eV;Rb和O吸附石墨烯纳米带变为p型简并直接带隙半导体,带隙值增加为0.996 eV;增加H吸附石墨烯纳米带后,半导体类型变为n型直接带隙半导体,且带隙变为0.299 eV,带隙值相对减小,更有利于半导体发光器件制备.吸附Rb、O和H原子后,石墨烯纳米带中电荷密度发生转移,导致C、Rb、O和H之间成键作用显著.吸附Rb之后,在费米能级附近由C-2p、Rb-5s贡献;增加O原子吸附之后,O-2p在费米能级附近贡献非常活跃,C-2p、Rb-5s和O-2p电子态之间强烈的杂化效应,促使费米能级附近的杂质能级分裂成能带;再增加H原子吸附之后,Rb-4p贡献发生蓝移,O-2p在费米能级附近贡献非常强,费米能级分裂出两条能带.Rb、O和H的吸附后,明显调制了石墨烯纳米带的光学性质.

改性石墨烯纳米带/双马来酰亚胺复合材料的摩擦学性能

为了改善石墨烯与双马来酰亚胺(BMI)树脂的相容性,并使其在摩擦过程中快速形成高质量自润滑转移膜,用超支化聚硅氧烷(HBPSi)和Ni纳米粒子共同改性石墨烯纳米带(GNRs),制备了HBPSi/Ni/GNRs复合粒子,将其引入到BMI树脂中制备出HBPSi/Ni/GNRs/BMI复合材料。采用FTIR、SEM、TEM、摩擦磨损试验机及分子动力学模拟对复合粒子的结构、形貌及添加量和复合材料的摩擦学性能的影响进行了考察,并探究了其摩擦磨损机理。结果表明,HBPSi和Ni纳米粒子成功负载到GNRs表面上。与GNRs相比,HBPSi/Ni/GNRs复合粒子能够显著提升BMI复合材料的摩擦学性能。当HBPSi/Ni/GNRs复合粒子添加量(质量分数)为0.6%时,HBPSi/Ni/GNRs/BMI复合材料的摩擦系数和体积磨损率均降至最低,分别为0.18和1.9×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。HBPSi/Ni/GNRs复合粒子与BMI树脂强的界面作用是导致其复合材料抗剪切能力提升的关键。

石墨烯纳米带的制备技术及应用研究现状

石墨烯具有优异的力学、电学、光学、热学等物理性质,是当前新型材料的研究热点之一,被广泛应用在导电薄膜、储能元件、药物载体以及锂电池等领域。然而,石墨烯无带隙的特点限制其更广泛的应用,因此,通过技术手段打开石墨烯带隙成为学者们亟待解决的新问题。将石墨烯制成石墨烯纳米带(Graphene nanoribbons,GNRs)是打开其带隙的可行办法。因此,本文梳理了制备GNRs的不同方法,综述了其制备原理和研究进展,并对比了其优点和不足,提出了将不同方法的优点相互结合的复合制备方法,以实现可控、高效、高质量制备GNRs,最后介绍了GNRs在高性能传感器、场效应晶体管和光电探测器领域应用的研究进展和未来发展趋势。这对GNRs进一步应用在纳米器件中有一定的指导意义。

几何尺寸及缺陷对石墨炔纳米带热输运特性的影响

基于分子动力学模拟方法,对石墨炔纳米带(GYNR)的热输运特性进行了深入研究,重点探讨了几何尺寸、缺陷类型及缺陷的位置(水平方向和垂直方向、苯环与乙炔链)和排列方式等对声子热输运的影响规律,揭示并分析了其声子热输运调控机理。研究结果表明,理想GYNR的热导率仅为18.22 W/(m·K),且相比于石墨烯,GYNR随尺寸增大热导率仅升至21.37 W/(m·K),对几何尺寸依赖较小;对于缺陷类型,空位缺陷的存在相比于氮掺杂对热导率抑制更强,可低至9.19 W/(m·K);对于缺陷位置,位于苯环上或靠近纳米带边界时相比于炔链热导率更低;多个缺陷若以平行分布相比于三角形结构分布可获得更低的热导率,低于8.00 W/(m·K)。研究结果可以为石墨炔材料在纳米器件的热电领域开发、应用及调控等方面提供理论支持和参考。

线缺陷石墨烯纳米带的电输运研究

石墨烯的能带工程是当前凝聚态物理的热点问题,旨在费米能级处打开能隙.另外实验报道石墨烯存在多种线缺陷,但人们尚未讨论线缺陷与石墨烯能带工程间的关系.本文采用Landauer-Büttiker公式及格林函数方法,研究了三种4-8环线缺陷随机排列方式对石墨烯纳米带电输运的影响.计算结果发现:尽管4-8环线缺陷随机分布的石墨烯纳米带在费米能级处存在电子态,但该电子态为局域态且体系在费米能级处存在透射能隙,这是由线缺陷随机排列诱导产生结构无序进而引起的Anderson局域化现象.当线缺陷无序程度较低或纳米带宽度较窄时,石墨烯纳米带的透射能隙依赖4-8环线缺陷的随机排列方式;随着线缺陷无序程度的增强或纳米带宽度的增加,三种线缺陷石墨烯纳米带的透射能隙趋于一致.总之,4-8环线缺陷随机分布的石墨烯纳米带具有透射能隙,该能隙对线缺陷的排列方式、无序程度及纳米带宽度均表现稳健性.

层间共价键和拉伸应变对双层石墨烯纳米带热导率的调控

石墨烯的层间键合是一种石墨烯的改性方式,能够改变石墨烯的机械和导电等性能,同时也会对其热学性质产生影响.本文采用非平衡分子动力学方法,以层间局部碳原子sp^(3)杂化(层间形成共价键)的双层石墨烯纳米带为研究对象,研究了层间共价键呈链状分布时,其浓度、角度以及拉伸应变对双层石墨烯纳米带热导率的调控,并通过声子态密度对具有层间共价键的双层石墨烯纳米带热导率变化的原因进行机理分析.研究发现:双层石墨烯纳米带的热导率随层间共价键浓度的增加而减小,且依赖于共价键链的分布角度.随着层间共价键浓度的增加,层间共价键链与热流方向平行时,双层石墨烯纳米带热导率下降的速率最慢,层间共价键链与热流方向呈现一定角度时,热导率下降的速率变快,且角度越大,热导率下降的速率越快.此外研究还发现,拉伸应变会导致具有层间共价键的双层石墨烯纳米带的热导率进一步降低.研究结果表明,可以通过层间键合和拉伸应变共同对双层石墨烯纳米带的热导率进行调控.这些结论对石墨烯基纳米器件的设计及热管控具有重要的意义.

基于贝叶斯算法的5-7环缺陷石墨烯纳米带热电性能优化设计

由于结构巨大的自由度,缺陷石墨烯纳米带热电转换性能的优化设计是材料研究领域的难点之一.本文利用非平衡格林函数结合贝叶斯算法,对5-7环缺陷石墨烯纳米带热电性能进行了优化设计.研究结果表明,在搜寻具有高热电转换效率5-7环缺陷石墨烯纳米带的过程中,贝叶斯算法具备有效性和优越性.计算发现,利用贝叶斯算法能快速且准确地从32896个候选结构中搜索到具有最佳热电转换性能的唯一构型.即使在效率最低的一轮优化中,也仅需要计算1495个候选结构(约占所有候选结构的4.54%)即可寻找到最佳构型.研究还发现,在室温下的最佳构型5-7环缺陷石墨烯纳米带(长和宽分别为21.162nm和1.23 nm)的热电优值ZT (约1.13)较完美石墨烯纳米带(约0.14)提升了近一个量级.这主要归因于5-7环缺陷有效抑制了系统的电子热导率,使得功率因子的减弱作用和热导率的抑制作用(正效应)之间达到了最大平衡.研究结果为设计和制备具有优异热电转换效率的石墨烯纳米带热电器件提供了一种新的可行性方案.

零模超晶格类型对石墨烯纳米带金属性影响的密度泛函理论研究

通过在石墨烯纳米带(GNR)中引入一对跳跃参数相等的零模构建金属石墨烯纳米带模型,基于密度泛函理论计算了模型的电子特性。通过改变引入的零模类型(C-C、B-B、N-N、Al-Al和P-P)对其金属度进行调控。研究表明:一对N-N零模的引入可以极大地增加GNR的金属带宽,约为引入C-C型零模金属GNR金属带宽的两倍,为本征石墨烯金属带宽的10倍。零模类型影响GNR金属带宽的原因是,引入的零模类型使GNR中形成的五元环几何构型存在差异,影响其子晶格极化损失程度,从而调控其金属度。使用零模类型为N-N的GNR为基础模型,探究纳米带的宽度对GNR金属带宽的影响,结果表明:纳米带宽度的增加不利于金属带宽的拓展,带宽扩大到某一程度时,N-N零模键断裂,变为普通N掺杂型石墨烯。

石墨烯纳米带材料阻隔性能的研究与应用

石墨烯材料在被发现后,其良好的力学性能、导电导热性、阻隔性以及易获得性能使其得到快速的推广使用,将石墨烯切割成一定宽度的长条带状石墨烯纳米带后保留了这些优点,并且在此基础上衍生出其他优异性能。本研究主要介绍了石墨烯纳米带的常见制备方法:超声化学法、刻蚀法、有机合成法、化学气相沉淀法和切割碳纳米管法。以及关于石墨烯纳米带负载于热塑性聚氨酯等基材上后,通过氧气透过率的降低证实两种材料的结合使其阻隔性能充分发挥、相互补充的相关应用。