吸附缺陷对armchair型石墨烯纳米条带输运性质的影响

本文基于第一性原理研究了单个氢原子吸附缺陷对armchair型石墨烯纳米条带电子输运性质的影响。研究发现,吸附缺陷使armchair型石墨烯纳米条带在费米面附近的导电性有所降低,但透射能隙依然存在。缺陷对透射抑制的强弱与其吸附位置有关。在完整石墨烯纳米条带的布洛赫波函数分布几率较大处引入缺陷对电子输运的阻碍作用较大。对于布洛赫波函数分布相同的情况,吸附位置越靠近石墨烯纳米条带中心,则对电子输运的阻碍作用越大。

基于石墨烯纳米条带阵列的光电探测器模型

提出了一种基于石墨烯纳米条带阵列的光电探测器(GNR-PD)结构,讨论了器件的解析模型。基于二维泊松方程,在弱非局域近似条件下建立了GNR-PD的器件模型,推导了其I-V特性和光响应特性。结果表明,GNR-PD具有极高量子效率和光电增益,可以获得高达150A/W以上的光响应度。

石墨烯纳米流体在PV/T系统中的分频性能分析

文章对质量浓度分别为0.02‰,0.05‰,0.1‰的水基石墨烯纳米流体的分频特性进行了研究。采用双光程法测试了光谱透过率,可理论分析石墨烯纳米流体的分频性能。在90 min模拟光照的条件下,分析不同浓度石墨烯纳米流体和水作为分频液时分频型PV/T系统集热效率、电效率和综合效率的变化情况。结果表明:0.02‰石墨烯纳米流体的光谱透过率最高,在400~900 nm的单晶硅电池较佳响应波段,其透过率为66.8%;将取热温度设定为40℃,0.1‰纳米流体达到40℃时,热效率最高达39.7%;水作为PV/T系统分频液时,PV电池输出效率最高为10.9%;同时,利用性能评价函数MF(The Merit Function)来评估分频液对PV/T系统综合性能的影响,当达到取热温度40℃时,0.1‰石墨烯分频液瞬时MF值最高达1.85。

多空位缺陷和硼氮杂质对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究多空位缺陷和掺杂对对称性锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的电子结构的影响。研究结果表明,具有相同位置的多空位缺陷或氮掺杂的对称性ZGNR显示了半金属特性,而硼掺杂的对称性ZGNR显示了半导体性质。石墨烯纳米带的锯齿形边缘上和空位缺陷处都存在自旋极化的电子态,并且边缘上电子自旋呈反铁磁性排列。具有多空位缺陷的ZGNR磁矩依赖于带宽、空位缺陷的构型以及空位缺陷与边缘的距离,从而磁矩随着带宽的增加呈现震荡效应。这种特殊的缺陷和掺杂效应可用来设计新颖的自旋电子器件。

石墨烯修饰Y型TiO_2纳米管光电极制备及其对氨氮催化氧化性能

采用三步阳极氧化法和一步循环伏安电沉积法制备了还原氧化石墨烯(rGO)修饰的Y型TiO_2纳米管(rGO/Y-TiO_2NTs)电极。通过场发射电子扫描显微镜(FESEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及拉曼光谱(Raman)等对电极样品进行了表征。以rGO/Y-TiO_2NTs电极为光阳极,测试了不同循环伏安沉积圈数对电极光电流响应的影响,考察了在1.0 V偏压下电极对氨氮的光电催化氧化性能。结果表明,高度有序的Y-TiO_2NTs为锐钛矿型,具有大的比表面积,表面修饰平滑透明rGO薄膜后可显著提高其光电催化效率,沉积圈数为30时电极在30 min内对氨氮的光电催化氧化效率为95.9%。

锰掺杂锯齿型石墨烯纳米带电磁学特性研究

基于密度泛函理论的第一性原理,计算了锰原子单空位掺杂锯齿型石墨烯纳米带6种不同位置时的电磁学特性。结果表明:锰原子掺杂石墨烯纳米带的能带结构对掺杂位置十分敏感。随着锰掺杂位置的变化,掺杂石墨烯纳米带分别表现出半导体性和金属性特征。锰原子掺杂石墨烯纳米带改变了原本的磁性特征,掺杂位置不同,结构磁性特点也不相同,掺杂位置在4号位置时,纳米带实现了由反铁磁态的锯齿型石墨烯纳米带向铁磁性的转化。锰原子掺杂锯齿型石墨烯纳米带可以调制其磁性和能带特性,为石墨烯纳米带在电磁学领域应用提供一定的理论依据。

石墨烯纳米条带的热电性质研究

利用非平衡格林函数方法与朗道输运理论,研究石墨烯纳米条带的热电性质。研究结果表明:zigzag型石墨烯纳米条带的热电性质随着宽度的增加而减少;armchair型石墨烯纳米条带的热电性质不仅与宽度有关,而且与其带隙是否被打开有关,当其表现为半导体时,其热电性质远大于zigzag边缘的石墨烯纳米条带。

B-N链对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了边缘对称和反对称的锯齿型石墨烯纳米带的电子结构,考察了B-N链掺在不同位置时的影响。研究结果表明:B-N原子链有向边缘迁移的现象,并且其掺杂在石墨烯纳米带中央时对体系电子结构的改变很小,而掺杂在边缘时会使体系在费米能级附近的能带结构发生显著的变化。边缘被B-N链取代的石墨烯纳米带的能隙被打开,并产生了明显的自旋非简并现象。这些现象的出现归因于掺杂体系中边缘电子态的重新分布。

线缺陷对扶手型石墨烯纳米带能隙的调控

采用单轨道最近邻紧束缚模型,我们研究了线缺陷的位置、类型和强度对扶手型石墨烯纳米带(AGNRs)能隙的调控.计算结果表明,对于带宽N为3n(n为整数)的半导体AGNRs,加一条位于Ni≠3m-1的两体线缺陷后(N_i为缺陷位置,m为整数),能隙关闭,纳米带呈金属性;而N=3n+1的半导体AGNRs关闭能隙的两体线缺陷位置为Ni≠3m-2.对于带宽N=3n+2的金属性AGNRs,可在Ni≠3m位置处加一条子格线缺陷打开能隙,使纳米带呈半导体性,同时在费米能附近出现一个波速为零的局域态;增加正常原子与缺陷原子之间的交叠积分,可使局域态消失,同时保持半导体性.利用格林函数方法,我们研究了一个两端口有限尺寸AGNRs的电子输运模型,计算了体系在有线缺陷时的透射系数和态密度,结果与能带谱计算结果相一致.

点杂质对于具有S波配对势的扶手椅型石墨烯纳米带性质的影响

基于BCS理论,在紧束缚近似下,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,自洽地计算了扶手型石墨烯纳米带中s波超导配对势随空间变化的分布情况.讨论了单个点杂质分别处于边界点和内部点时对于体系超导性质的影响,还进一步给出了杂质点处的局域态密度(LDOS)随杂质位置和强度的变化.

边缘掺杂对应力作用下锯齿型石墨烯纳米带I-V特性的影响

利用第一性原理计算得到边缘n-型氮N和p-型氧O掺杂的6-锯齿型石墨烯纳米带在外加非轴向应力作用下的I-V特性曲线.研究结果表明,边缘掺杂在低偏压条件(VBias<0.5 V)下增强锯齿型石墨烯纳米带的导电能力,在偏压大于1.0 V后将减弱系统的导电能力;外加非轴向应变却能在较宽的偏压范围内增强系统的导电能力.该结果对基于锯齿型石墨烯纳米带的纳米电子、光电子器件的研究和设计具有较重要的意义.

扶手椅型石墨烯纳米带输运性质的应变调控——以微小应变作用为例

采用非平衡格林函数方法和密度泛函理论的第一性原理,计算外加非轴向微小应变作用下扶手椅型石墨烯纳米带的电子能态密度和透射谱.结果表明,半导体型扶手椅石墨烯纳米带的电子透射系数和能态密度对外加非轴向应变十分敏感,金属型扶手椅石墨烯纳米带的带隙在微小应变下即可打开.

基于石墨烯和金纳米笼修饰的无标记型微囊藻毒素免疫传感器的研制

利用石墨烯及中空结构的金纳米笼构建了无标记型电化学免疫传感器,并用于微囊藻毒素的检测。利用多元醇还原法合成制备了导电性好、催化性强、生物相容性好的金纳米笼；再利用高分散的石墨烯将其固定于玻碳电极表面,进一步吸附固定微囊藻毒素抗体。在无微囊藻毒素存在时,电化学探针[Fe（CN）6]3-/4-在传感器界面上能获得较高的电流响应信号。当培育了微囊藻毒素后,抗体与微囊藻毒素形成免疫结合物,增加了电极表面的电荷密度和传质阻力,阻碍[Fe（CN）6]3-/4-扩散到电极表面,导致[Fe（CN）6]3-/4-的电流响应信号明显降低,电流减小的程度间接地与微囊藻毒素的浓度成比例,可实现对微囊藻毒素的检测。实验考察了抗原培育时间,抗体浓度等条件对该传感器响应性能的影响。结果表明,此传感器对微囊藻毒素的线性响应范围为0.05~1000μg/L,检出限为0.017μg/L,优于文献报道。此传感器操作简单,并且具有良好的稳定性,将其用于实际水样中微囊藻毒素的检测,平均加标回收率为94.1%。

锯齿型石墨烯纳米带的电子输运性质

利用基于紧束缚模型的非平衡格林函数方法研究了锯齿型石墨烯纳米带的电子输运性质。采用Sancho-Rubio算法计算了电极的表面格林函数。分析和讨论了中心器件的宽度不同时能带结构、透射系数、态密度对电子输运的影响。结果表明,透射系数出现了量子化台阶。随着中心器件的宽度的增大,可用的电子能带的数目在增加,透射系数的台阶数也增加。电子能带增加一条时,电子通道多开辟一个,透射系数也增加一个台阶。计算发现在费米能附近的态密度出现了一个很高的峰值。研究结果将为纳米电子器件设计提供参考。

非对称HALO-LDD掺杂石墨烯纳米条带场效应管的电学特性研究(英文)

随着器件沟道尺寸的不断缩小,短沟道效应(SCE)和漏致势垒降低效应(DIBL)对常规类MOSFET结构的石墨烯纳米条带场效应管(GNRFET)影响变大,从而引起器件性能下降。文中提出了一种新型采用非对称HALO-LDD掺杂结构的GNRFET,其能够有效抑制器件中SCE和DIBL,改善器件性能。并采用一种量子力学模型研究GNRFET的电学特性,该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解。结合器件的工作原理,研究了GNRFET的电学特性和器件结构尺寸效应,通过与采用其他掺杂结构的GNRFET的电学特性对比分析,发现这种掺杂结构的石墨烯纳米条带场效应管具有更低的泄漏电流。

基于金纳米粒子修饰石墨烯碳糊电极的同型半胱氨酸电化学传感

本文基于金纳米粒子修饰石墨烯碳糊电极,构建了同型半胱氨酸的电化学传感器。电化学技术表征表明,在中性电解质溶液中,金纳米粒子-石墨烯复合膜对同型半胱氨酸的电化学氧化具有明显的催化作用。电化学扫描电子显微镜技术表征表明,在金纳米粒子-石墨烯复合膜电极表面上,可以观察到大量的金纳米粒子颗粒,整个电极表面呈现疏松多孔的结构,这种结构有利于将同型半胱氨酸富集到电极表面,从而有效提高传感器的灵敏度;金纳米粒子和石墨烯的良好导电性则有利于加快同型半胱氨酸与电极之间的电子传递,从而缩短传感器的响应时间。在最佳检测条件下,同型半胱氨酸在传感器上的氧化峰电流与其浓度在3.0~100μmol/L浓度范围内呈线性增加,灵敏度为1.22 nA/(μmol/L),检出限为0.8μmol/L,响应时间为3 s。此外,利用标准加入法测得该传感器测定同型半胱氨酸的平均回收率为97.2%,证明方法具有较好的准确度。

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.

含氮-空位缺陷锯齿状石墨烯纳米条带中负微分电阻和自旋过滤效应

采用第一性原理和非平衡格林函数方法，系统研究了含氮空位缺陷锯齿状石墨烯纳米条带的自旋极化输运特性．理论计算结果表明边界非对称的这类石墨纳米条带的基态具有铁磁性，由其构建的分子结中负微分电阻效应具有鲁棒性，是电极局域的态密度及依赖偏压的散射区-电极耦合作用结果．此外，在特定偏压区域还观察到几乎完美的自旋过滤效应．

仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite,BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能.鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制.结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%.换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨.从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据.目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.

基于SSH模型的锯齿型边石墨烯纳米带电子能谱研究

利用SSH(Su-Schrieffer-Heeger)模型研究了2条聚乙炔链键与键平行和非平行结构耦合的电子能谱.两者的电子能谱与耦合强度之间有类似关系,但平行结构受耦合强度的影响更大些.在此基础上,将耦合链模型应用于锯齿型石墨烯纳米带的电子能谱计算,并给出了解析色散关系.同时,还研究了电子能谱与其耦合强度的关系,耦合越强,能带越宽.