高定向热解石墨表面超大结构的扫描隧道显微镜研究

用扫描隧道显微镜（STM）对高定向热解石墨（HOPG）表面的超大结构进行了研究，观察到的超大结构是2．4～5．7mn，峰与峰之间的距离为1．0～3．8A^°，相对于HOPG表面的原子结构转动30°角．推测这种超大结构足由于电解质和溶剂小分子嵌入HOPG表面层所引起层间相互作用改变引起的表面电子态变化．

退火对高定向热解石墨的输运特性的影响

研究了退火对磁场诱导下高定向热解石墨(HOPG)输运特性的影响,结果表明,退火后HOPG的R-T曲线明显变得光滑,且退火后电阻率增大了近50%,相应温度下的磁电阻效应均减小约40%。分析认为,这是由于HOPG内部存在层错与所含杂质缺陷引起的。磁场下电阻率随温度的变化表明,外加磁场对低温下的金属导电行为存在抑制作用,随着外加磁场的增加,低温下的金属导电行为受到抑制,在H=5.57×104A/m时,低温下的绝缘体-金属转变(I-M)被完全抑制,呈半导体性质。随着磁场的继续增加,在磁场高于H=9.24×105A/m时再次出现绝缘体-金属转变,即再入型金属导电行为,且退火对这一转变过程没有影响,表明这种绝缘体-金属转变是由外加磁场诱导产生的。

高定向热解石墨对铯的吸附行为研究

为处理核反应堆中的放射性废物137 Cs,采用高定向热解石墨对铯的吸附行为进行了研究。利用双室法进行石墨吸铯的实验结果显示,高定向热解石墨在600℃下具有最佳的吸铯性能,吸铯后最大的质量增加比可达130%。

基于高定向热解石墨(HOPG)的电刷针表面修饰技术

目的旨在应对有刷微电机中的电刷与换向器间的磨损问题,尤其是由电弧侵蚀引发的性能和寿命下降。方法通过在电刷与换向器的接触界面引入HOPG材料,探索其在抑制电弧侵蚀和改善接触表面磨损方面的效果。重点测试了电刷针在HOPG表面修饰下的磨损行为与失效机制,并与传统材料进行对比。通过载流摩擦磨损试验,模拟实际工况,研究了在引入HOPG前后,换向器和电刷针之间不同的磨损机制,尤其是电弧侵蚀与机械磨损之间的转变。结果采用HOPG作为表面修饰材料显著减少了电弧侵蚀,使电刷针的失效机制从严重的电弧侵蚀转变为机械磨损,显著改善了电机运行中的磨损状况。HOPG表面表现出了优异的润滑性能,抑制了电刷针与换向器之间的电弧侵蚀现象。相比于传统材料,HOPG修饰的表面在长时间运行后表现出更低的磨损程度,同时保持了良好的电接触性能。结论基于HOPG的表面修饰技术,为解决有刷微电机中电弧侵蚀引发的磨损问题提供了新的解决方案。通过有效抑制电弧侵蚀,改善了电刷与换向器之间的磨损机制,使电刷针的失效模式从电弧侵蚀转变为机械磨损,具备提高有刷微电机工作寿命的潜力。

石墨烯片的制备与表征

通过微机械剥离高定向热解石墨(HOPG)法和化学气相沉积法(CVD)分别制备了不同层数的石墨烯片,并将其转移到硅片上。利用石墨烯片在不同厚度SiO2硅片上光学显微图像颜色及对比度存在的差异,对其层数进行了识别与区分。采用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱判定了所制石墨烯片的层数。结果表明:所制石墨烯片有单层、少数层和多层。与双层石墨烯片的Raman谱图比较,多层石墨烯片的2D模线宽变宽,G模强度增大。此外,CVD法可生长出大面积(～cm2)的石墨烯片。

石墨烯的纳米摩擦与磨损性质

采用乙醇溶剂剥离的方法制备石墨烯.通过对溶剂温度、超声时间、超声功率和溶剂离心速度及时间的控制,从高定向热解石墨(HOPG)制备得到少层石墨烯.用原子力显微镜(AFM)研究了云母基底上不同层数石墨烯在真空中的纳米摩擦过程,发现从约4个原子单层(4ML)起,摩擦系数基本不再变化,但摩擦力仍随着厚度的增加而显著减小,7ML之后,其摩擦系数基本接近于零.在磨损实验中,少层石墨烯表面存在刮坏的现象,且不同厚度的石墨烯的磨损现象明显不同,其中2ML石墨烯相比4ML石墨烯表现出较好的耐磨损性能,且不具有摩擦方向依赖性.测试了真空下少层石墨烯和云母表面的粘附力,发现不同层厚的石墨烯相差不大,因此认为基底效应并不是磨损性质差异的主要原因.相对于单层石墨烯,少层石墨烯在抗磨损涂层等领域有着很大的潜在应用价值.

飞秒激光烧蚀高定向热解石墨的超快过程研究

脉冲激光烧蚀高定向热解石墨(HOPG)是制备富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料的重要方法之一。研究和认识飞秒脉冲激光烧蚀高定向热解石墨的超快物理过程,可以为探索飞秒激光烧蚀制备各种碳纳米材料提供重要的实验和理论基础。利用抽运-探测技术记录了0.33～20J/cm2不同激光能流下50fs激光脉冲烧蚀高定向热解石墨在0～9ns时间窗口内的超快动态过程,并且比较分析了烧蚀高定向热解石墨和烧蚀铝靶的差别。实验发现,随着入射到高定向热解石墨表面的激光能流从20J/cm2下降到0.33J/cm2,光热机制导致的物质去除逐渐减少,光机械机制的应力释放导致的大颗粒物质喷射逐渐成为主要的物质去除过程。分析表明,靶材的吸收系数是导致高定向热解石墨和铝靶烧蚀动态过程不同的主要因素。

石墨表面异常原子结构的观察和机理

我们用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）观察到了空气中高定向裂解石墨（ＨＯＰＧ）表面的异常原子周期结构图像，对产生该类结构的原因进行了分析研究。

高反射效率高定向性的热解石墨晶体X射线谱仪

基于高定向热解石墨晶体(highly oriented pyrolitic graphite,HOPG)研制了一种新型反射式X射线谱仪.该谱仪具有高反射效率、较高能谱分辨率及相对较宽的能谱测量范围.根据计算,在相同的入射条件下,该谱仪的效率比一般X射线弯晶谱仪高3个量级;谱仪能谱分辨率理论值最高达350;理论探测范围是6.891keV至9.193 keV.我们将该谱仪应用在高功率密度激光与固体靶相互作用的实验中,发现在普通弯晶谱仪无法采到信号的实验条件下,HOPG谱仪依然采集到清晰的Cu K谱线.分析发现在8.048 keV(Cu的Kα光子能量)附近的能谱分辨能力最高达到40 eV,分辨率大于200.

正十八烷醇在HOPG上形成自组装膜的吸附特性(英文)

研究了正十八烷醇在高定向热解石墨(HOPG)上形成自组装膜的吸附特性,正十八烷醇在室温下从溶液中吸附至HOPG上形成整齐定向排列的单层自组装膜.通过扫描隧道显微镜(STM)、接触角测量和X射线光电子能谱(XPS)分析了正十八烷醇单层自组装膜在HOPG上的结构.实验结果表明,正十八烷醇自组装膜在基底上成平铺或直立形态,由于分子在基底上覆盖程度的不同,会导致它在基底上排列的方式有所不同.

高定向热解石墨表面局域导电增强现象的扫描探针显微学研究

基于导电型原子力显微镜和扫描隧道显微镜的对比观察,研究高定向热解石墨表面上残留石墨片的导电增强现象.根据样品电阻的测量数据,将这种现象归结为导电针尖与石墨表面的点接触问题,并且发现接触电导和接触点处局域的电子密度成正比,从而确定石墨表面的局域导电增强现象的原因在于残留在石墨表面的石墨片具有较高的电子密度.

单层α-MoO_(3)半导体薄膜的范德瓦耳斯外延制备

α-MoO_(3)是一种典型的层状半导体过渡金属氧化物,其独特的电子结构和晶格结构使其近些年来被广泛研究。相比于体相α-MoO_(3),α-MoO_(3)薄膜因二维几何限制而具有优异的光学、电学和力学性质。然而,单层无缺陷的α-MoO_(3)薄膜的外延生长迄今尚未实现。本研究在超高真空条件下使用分子束外延技术,首次在高定向热解石墨(HOPG)上范德瓦耳斯外延制备了单层无缺陷的半导体α-MoO_(3)薄膜,并通过氢气还原的方法产生线型缺陷,使用扫描隧道显微镜研究了完整单层薄膜及缺陷处的形貌结构和表观能隙。结果表明:通过精确控制衬底温度可以在HOPG衬底上制备出高质量单层α-MoO_(3)薄膜;薄膜厚度和单胞大小均符合单层α-MoO_(3)特征,扫描隧道谱显示其表观能隙为1.7 eV;所生长薄膜的高质量可以通过衬底HOPG的摩尔纹进一步证实。通过引入氢气可以在薄膜表面获得与摩尔纹方向垂直的明亮线缺陷,缺陷处的局域表观能隙为0.4 eV,即在一个整体为宽表观能隙的半导体材料中间实现了局部的具有窄表观能隙的通道。

抗癌药物奥沙利铂与DNA分子相互作用的研究

奥沙利铂被称为第三代铂类药物,特别对胃肠道肿瘤具有较好的疗效.目前大多数的研究表明奥沙利铂的主要作用靶点是DNA分子,但它与DNA分子形成的关键结构和作用机制仍处在探索阶段.本研究运用紫外可见吸收光谱和原子力显微镜观察探索奥沙利铂与DNA在活体外的相互作用过程,从而揭示奥沙利铂产生抗癌作用的主要分子结构基础.首先使用紫外光谱研究了较高浓度奥沙利铂与DNA的作用过程.在此基础上,进一步采用原子力显微镜在高定向热解石墨表面观察了不同浓度奥沙利铂与质粒DNA在37℃条件下作用不同时间后的结构形貌变化,分析了奥沙利铂与DNA相互作用的过程.高分辨原子力显微观察结果表明奥沙利铂与DNA作用后可导致质粒DNA的结构发生显著的变化.随着作用时间的增加,DNA分子逐渐由伸展的链状变化为相互缠绕并带有许多结点的紧密结构,最终变化为更紧密的球状结构.本研究结果表明奥沙利铂可通过化学键合作用和静电作用使质粒DNA逐渐凝集为紧密的球状结构,这种结构可能对奥沙利铂的抗癌活性和毒性产生重要影响.

抗磁悬浮气流能量收集器的结构优化

基于高定向热解石墨(HOPG)板和法拉第电磁感应定律,设计了一种抗磁悬浮气流能量收集器。通过仿真研究了提升磁铁的半径和厚度对该收集器轴向结构尺寸的影响,对该收集器的结构进行了研究,以探索其在结构尺寸优化方面的潜力。通过改变提升磁铁的半径,将其与悬浮磁铁在平衡位置处的位移、所受合力和势能联系起来,得到了很明显的合力和势能的变化趋势图。通过联合仿真研究了提升磁铁的半径和厚度、HOPG板的半径和厚度对最大单稳悬浮间距的影响。通过上述结构优化分析,制备的能量收集器可以点亮由60个发光二极管组成的郑州大学图标样式的矩阵灯。在实验条件下,该抗磁悬浮气流能量收集器所输出的最高峰值电压可达1.294 V,平均功率可达60.67 mW。

KPFM测试参数对表面电势测量的影响

开尔文探针力显微镜（KPFM）是一种可以对材料表面电势进行纳米级成像的工具,是研究纳米材料表面特性的一种重要手段。高定向热解石墨（HOPG）具有表面光滑、导电性好的特点,在原子力显微镜（AFM）的KPFM模式下,向HOPG表面施加不同电压,测量HOPG的表面电势,以结果作为参照,采用控制变量法分别对比了滤波器阶数、灵敏度和驱动值三种参数对表面电势测量的影响。实验结果表明：滤波器阶数、灵敏度和驱动值均对表面电势的测量有不同程度的影响,不同程度增加滤波器阶数、灵敏度和驱动值都可以起到提升信噪比的作用,其中灵敏度的提升对信号的影响最为显著。

铅炭电池用炭材料研究与应用

研究了高定向热解石墨电解进行有效分散后,和配方水一起加入到铅炭电池负极活性物质中,并对其容量、电位分布和析氢电位进行了研究。发现使用该方法炭材料可在活性物质中均匀分散,特别是在使用氯化亚砜熏蒸后,电极的析氢速率小,自放电程度低。

化学所在二维共价有机框架薄膜材料制备方面取得进展

中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室研究员陈建毅和中科院院士刘云圻,开展了二维有机框架薄膜材料的可控组装及规模化制备策略研究,并取得了系列研究成果。最近,该课题组提出了一种气体诱导薄膜转化方法,在化学气相沉积系统(CVD)中,通过对苯二甲醛(TPA)蒸汽与1,3,6,8-四-(对胺基苯基)-芘(PyTTA)薄膜之间的化学反应,在玻璃、硅片、铜箔及高定向热解石墨等衬底上制备了高质量的二维PyTTA-TPA共价有机框架(COF)薄膜。

人工裁剪制备石墨纳米结构

采用不同的方法裁剪高定向热解石墨(HOPG),制备纳米尺寸的石墨条.首先,发现用聚焦离子束(镓离子)刻蚀高定向热解石墨,可以得到边缘整齐程度在几十纳米的石墨条,另外,用电子束曝光和反应离子刻蚀的工艺,可以得到最小尺寸为50nm的纳米石墨图型(nanosizedgraphitepattern,纳米尺寸的多层石墨结构).采用了三种不同的方案制备反应等离子刻蚀过程中需要的掩膜,分别是PECVD生长的SiO2掩膜,磁控溅射的方法生长的SiO2掩膜和PMMA光刻胶掩膜,并将三种方案的刻蚀结果做了对比.