北大课题组在旋转双层石墨烯光电器件研究中取得进展

正石墨烯(graphene)是由单层碳原子构成的零带隙的二维晶体,具有狄拉克锥型的线性能带结构、超高的载流子迁移率及宽带光响应等特性。然而,无带隙的能带结构限制了石墨烯在场效应晶体管等电子器件领域以及光电领域的应用和发展。当两层石墨烯以不同旋转角度进行层间堆垛时,可构成一类新的二维碳材料——旋转双层石墨烯(twisted bilayer     

功能化石墨烯光电探测器研究进展

石墨烯是一种具有零带隙能带结构、常温下极高的电子迁移率、极低的电阻率以及高透光性的新型碳材料。基于石墨烯优异的光学特性、电学特性和光电性能使其成为下一代高频、超快、宽光谱光电器件的优良材料。目前已有许多基于石墨烯的光电探测器研究,简要介绍了石墨烯的性质、结构和光电探测器的基本原理,重点讨论了功能化石墨烯在光电探测器领域的应用和研究现状,并指出了存在的不足,展望了未来的发展方向。     

物理所石墨烯摩尔超晶格研究取得系列进展

正最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)纳米物理与器件实验室在《自然材料》、《自然纳米技术》、《自然物理》、《自然通讯》刊登了系列研究成果。针对石墨烯/氮化硼异质结构,他们系统研究了氮化硼基底调制下的摩尔超晶格以及相关物理现象,为石墨烯能带及电子学性质调控提供了新思路。石墨烯/氮化硼异质结构近两年来在国     

温度对堆叠双层石墨烯层间耦合的影响

将不同层数堆叠和化学气相沉积法（CVD）生长的石墨烯在室温下进行拉曼光谱表征分析其层间耦合状态,并分析了不同温度下堆叠和CVD生长的双层石墨烯温度对其层间耦合的影响。研究结果表明:室温下CVD生长双层石墨烯和堆叠双层石墨烯的层间耦合状态截然不同;在25～250 ℃范围内,层间没有耦合作用或存在弱耦合作用的堆叠双层石墨烯的G峰峰位温度系数小于存在电子耦合的CVD生长双层石墨烯;超过250 ℃后,堆叠双层石墨烯G峰峰位温度系数变为正值,层与层之间可能产生了耦合,性质发生改变;在25～400 ℃ 范围内两种材料的2D峰半峰宽和G峰/2D峰强度比变化趋势几乎相同,但堆叠双层石墨烯波动大,对温度更敏感。     

石墨烯基吸附剂的特性、吸附原理、改性复合及 研究方法

石墨烯具有独特的结构和优异性能,适合用作水处理吸附材料。介绍了与吸附相关的石墨烯的结构及特性,石墨烯基材料对不同污染物的吸附原理;基于石墨烯的性质和结构特点,对石墨烯基材料的改性、复合方法及其研究方法作了较详细论述。鉴于石墨烯基材料再生性能的重要性,对磁性石墨烯及三维石墨烯吸附材料作了简单介绍,最后对石墨烯基吸附剂研究的发展方向作了展望。     

双层石墨烯掺杂Pd对CO和NO的气敏特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了AA堆叠型双层石墨烯掺杂Pd原子(Pd/BG)后对气体分子CO和NO的气敏特性和吸附机理.结果表明,Pd原子的掺杂改变了双层石墨烯的电子性质和局部几何结构.Pd原子替代双层石墨烯的一个碳原子后,杂质原子突出层外区域(Po)和突入层间区域(Pi)都可以形成稳定结构,但是突出(Po)构型更有利于气体分子的吸附.对于Po构型,CO和NO吸附在Pd/BG上的最稳定结构是不同的,CO分子与石墨烯表面呈一定夹角,而NO分子近似垂直于石墨烯表面.Pd/BG对NO分子的吸附强于CO分子.气体分子在Po构型上属于化学吸附,而在Pi构型上属于物理吸附.Pd/BG吸附CO和NO气体分子后具有不同的电子性质.Pd/BG体系为半导体性质,在吸附CO气体分子后,转变为金属性,系统无磁性;而在吸附NO气体分子后变为金属性且具有较大磁矩.这种电子性质的变化能够阐明气体分子吸附的敏感程度.研究结果能够为石墨烯基的气体传感器或者探测器提供理论基础和实验指导.     

基于石墨烯的空间辐射探测传感器设计与试验研究

为了验证石墨烯空间辐射探测传感器的性能,结合石墨烯的能带结构和电场效应,分析了二维石墨烯材料的辐射探测原理,研究了基于石墨烯的空间辐射探测方法,研制了具有体积小、分辨率高、抗辐射性能好等特点的新型空间辐射传感器样件。利用质子、电子对辐射传感器进行了空间环境辐照试验,性能测试表明,辐射传感器样品的电学特性满足设计要求。研制的石墨烯空间辐射探测传感器有望应用在空间站辐射环境、月球辐射环境监测等方面以及脉冲星导航等领域。     

石墨烯的能带调控及其应用的研究进展

在过去的十多年时间里,石墨烯以其优异的物理性能、化学可调性以及潜在的应用前景引起了广泛关注。然而本征石墨烯是一种零带隙的半金属,这极大地限制了其在很多领域的应用。因此,石墨烯的能带调控并将其由金属性转变为半导体性的相关研究,具有极其重要的意义。综述了现阶段在石墨烯电子结构和能带调控方面的研究进展,并深入探讨了半导体性石墨烯的应用领域和前景,为石墨烯的应用和产业化提供借鉴。     

石墨烯的研究现状

石墨烯作为一种具有优异晶体品质和电子性质的二维材料,表现出独特的电子输运、光学耦合、电磁学及其他性质。在过去的几年里,石墨烯已经成为科学界关注和研究的热点。本文主要介绍了石墨烯的基本结构和奇妙性质,总结了制备石墨烯的各种方法．     

石墨烯及复合材料作锂离子电池电极的进展

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学及化学稳定性。此外,石墨烯还具有特殊sp^2结构,易于与其它材料复合。利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能,作为锂离子电池的电极材料具有潜在的应用前景。总结了近些年对石墨烯及复合材料作为锂离子电池电极材料的研究,重点阐述了材料的制备、电学性质及基本原理,为其作为锂离子电极材料的应用提供相应的理论依据。     

双层石墨烯/PET基底多界面作用力分析

研究大尺寸双层石墨烯/基底结构的多界面作用力对其在工程领域的实际应用具有十分重要的现实意义。本研究设计了一种从宏观尺寸分析石墨烯/PET结构界面作用力的方法,通过内聚力模型定义石墨烯/PET和石墨烯/石墨烯界面的本构关系,基于剪滞模型的基本原理,将石墨烯轴向应力作为分析对象,得到在不同的界面刚度、界面剪切强度和界面粘着能时,PET受拉过程中界面作用力的变化以及双层石墨烯边界距离变化。同时进行了宏观拉伸实验,通过光学显微镜和拉曼光谱分析得到双层石墨烯边界距离变化和石墨烯受损情况数据,验证有限元分析结果,最终确认实际的界面参数。该研究结果为探索非单层石墨烯/基底结构多界面作用力参数提供了一种新思路。     

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。     

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。     

~(60)Coγ射线辐照单层石墨烯的损伤效应

石墨烯是一种在常温下拥有极低的电阻率、极高的电子迁移率和高透光性的零带隙能带结构的新型碳材料,由于石墨烯优异的电学特性、光学特性和光电性能使它为研制下一代超快、高频、宽光谱光电器件提供了可能,目前已有许多基于石墨烯的光电探测器件研究,若将此类器件未来应用于航天器必有巨大优势。基于此本工作首先用化学气相沉积法制备了单层多晶石墨烯,然后进行了伽马射线辐照单层石墨烯实验,并用拉曼光谱表征了辐照前后石墨烯微观结构变化,对辐照后石墨烯的缺陷间平均距离,缺陷密度等进行了分析,辐照使单层石墨烯产生缺陷,出现无序的sp~3杂化结构。此研究可为石墨烯光电器件在外层空间中的应用打下基础,为其他空间环境因素对石墨烯的影响研究提供借鉴参考。     

锂离子电池中石墨烯基金属氧化物负极材料的制备和应用

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有良好的电学、力学和热学性质。其作为锂离子电池电极材料时,能有效提高各项电化学性能,具有良好的应用前景。综述了锂离子电池中石墨烯基金属氧化物负极材料的制备方法,及石墨烯薄片和金属氧化物之间不同的复合结构和强烈的协同作用对提高石墨烯基负极材料电化学性能的作用。     

Nature:对石墨烯叠层材料施压可调控导电率,石墨烯基半导体有望实现室温应用

正一支由哥伦比亚大学领导的国际研究团队开发了一种控制石墨烯的电导率的技术,他们通过对石墨烯叠层复合材料施压成功改变了石墨烯的电子结构,在石墨烯中创建出目前最宽的能带间隙,使复合材料呈现半导体性,向石墨烯导电开关的发展更近一步。     

石墨烯基电子学中的平面异质结研究进展（英文）

二维平面晶体,由于能带结构的多样性和与半导体平面工艺兼容的特点,被认为在电子学中是延续摩尔定律的候选材料之一;同时它具备易转移、光学透明、能带可调等特点,在柔性电子学和光电子学方面展示出巨大的潜在应用。将电路所需的具有不同导电性能的二维材料在平面内实现空间上的可控集成,是实现单原子层二维电子学的首要问题。综述了最近在石墨烯基电子学中平面异质结的研究进展,包括石墨烯-绝缘体和石墨烯-半导体异质结,集中在可控制备、对界面结构的原子尺度研究、以及逻辑功能原型器件研究。最后简述当前该领域面临的挑战和研究前景。     

纳米石墨烯复合材料的制备及应用研究进展

石墨烯作为一种由单原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构碳材料,具有许多特殊的物理化学性质,使其在各个领域均表现出良好的应用前景。目前石墨烯及纳米石墨烯复合材料的制备和应用已成为材料界研究的重点和热点。在简要介绍石墨烯的结构和性质的基础上,介绍了石墨烯的4种制备方法——机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法和化学合成法。总结了纳米石墨烯/聚合物复合材料以及纳米无机/石墨烯复合材料的制备及应用,并重点讨论了纳米石墨烯复合材料在生物医药、电子器件、微波吸收、传感器以及电极材料等方面独特的应用优势,展望了纳米石墨烯复合材料的发展前景及研究方向。     

石墨烯在计量科学中的应用

石墨烯是一种具有奇异特性的新型材料,它由单层碳原子构成六方蜂巢状二维结构。因其具有独特的电子能带结构而显示相对论电子学特性,石墨烯是迄今为止人类发现的最理想的二维电子系统,具有丰富而新奇的物理特性。综述了石墨烯的结构、特性、制备方法及其可能的工业应用,结合现代计量科学进展,对石墨烯在量子计量基准中的应用前景进行了展望。     

微机电系统压力传感器石墨烯/氮化硼膜片键合及应变行为

石墨烯和六方氮化硼(h-BN)层状材料的垂直堆叠组成的范德瓦尔斯异质结构,是制造高质量石墨烯器件的理想模型。我们提出了一种新型压力传感器的结构,在Si/SiO2衬底上用石墨烯/h-BN异质结构作为压力敏感薄膜。通过分子动力学模拟的方法,从分子原子层面得到了石墨烯和石墨烯/h-BN异质结构的应力-应变关系,发现单层石墨烯的弹性模量约为907 GPa,随着温度的升高,弹性模量数值会变小。进而分析了石墨烯/h-BN异质结构的力学特性和温度特性,得出异质结构的弹性模量为1 343 GPa,异质结构的力学参数对温度的敏感性比石墨烯低。其次,根据密度泛函理论和CASTEP分析了石墨烯/h-BN异质结构键合时的能量变化以及三种不同构型的几何优化,得出AB型(一个碳在氮上,另一个在六方氮化硼的中心)为最优构型,带隙打开最大为3.803 eV。计算得到了此构型的能带结构与态密度。这些结果为石墨烯/h-BN异质结构压力传感器的设计与制作提供了一定的理论基础与依据。