石墨烯电输运特性的研究进展

二维蜂巢状结构的石墨烯拥有独特的电学特性,其极高的电子迁移率、异常的量子霍尔效应、室温下亚微米尺度的弹道输运特性使之成为电子元器件研究的热点。简要介绍了近年来石墨烯电学方面的发展概况,其中包括晶界、晶畴对电学性能的影响,石墨烯场效应晶体管,石墨烯量子点,石墨烯pn结,石墨烯电学性能在磁场中的应用和石墨烯相关衍生物的电学性质。     

自组装膜-石墨烯界面修饰及其在电子传递领域中的研究与应用

本研究将兼具自组装膜和石墨烯两者优点的复合材料作用于基底,讨论了具有特殊电化学性能的自组装膜-石墨烯电化学界面信号检测系统。同时,通过对自组装膜-石墨烯构建的以石墨烯为基础的FET(GFETs)结构特性的分析,发现以自组装膜功能化的石墨烯可以提供有效的方式调控其性质,减少界面的不纯散射及滞后的场效应行为。文章还探讨了自组装膜-石墨烯在染料敏化太阳能电池及p-n结领域中的研究与应用,对有机分子自组装膜-石墨烯复合材料在控制界面电子性质的应用前景进行了展望。     

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。     

石墨烯材料的非线性光学研究进展炭材料专栏

石墨烯作为一种极薄的二维晶体,因其优异的物理和化学特性,引起了科学家广泛的关注。由于石墨烯具有热导率和电子迁移率高、比表面积大、宽波段响应、光学带隙可调、易于表面修饰等特性,石墨烯基材料的光学性质受到了越来越多的重视。近年来,科学家已将该类材料成功地应用到非线性光学研究领域并且取得了一系列重要的研究成果。重点阐述石墨烯及其复合材料近年来在非线性光学中的应用进展,首先概述了石墨烯的饱和吸收特性及其在不同脉冲激光锁模方面的应用;其次介绍了氧化石墨烯在不同条件下的非线性光学性质;最后总结了石墨烯复合材料的光限幅性能以及其激光防护器件的制备,并进一步指出了该研究领域仍存在的一些问题。     

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.     

金原子修饰的石墨烯片对半胱氨酸的响应机理的第一性原理研究

使用密度泛函理论研究了本征石墨烯和经过金原子修饰的石墨烯吸附半胱氨酸的构型和电子性质.对比本征石墨烯,修饰金原子后的石墨烯与半胱氨酸之间有较强的结合能力和较短的连接距离,发生的是化学吸附.态密度的计算结果也显示半胱氨酸与金修饰后的石墨烯轨道之间存在显著的杂化现象,而本征石墨烯轨道杂化现象不明显.本征石墨烯与半胱氨酸发生的是物理吸附.预测相比于本征石墨烯,金修饰后的石墨烯是一种潜在的、更高灵敏度的半胱氨酸检测材料.     

纤维素-石墨烯基复合材料的制备及应用研究进展

纤维素与石墨烯有着较好的相容性,两种物质的结合能使所得复合材料(即纤维素-石墨烯基复合材料)获得结构和性能上的显著改善及增益,使之在能源存储、柔性电子、智能穿戴、生物医疗、污水治理等多个领域产生重要应用。首先介绍了纤维素和石墨烯的基本物化性质和形貌特征;接着概括了制备纤维素-石墨烯基复合材料的主流方法,分析各自优势与局限性;同时阐述若干典型纤维素-石墨烯基复合材料的制备与应用实例;最后展望其发展前景。     

石墨烯量子点的制备及在生物传感器中的应用研究进展

石墨烯是由一层碳原子以sp~2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的二维碳纳米材料,由于其超大的平面共轭结构,石墨烯中的π电子具有显著的离域效应。石墨烯具有许多令人惊奇的电子或电学性质,比如室温量子霍尔效应、自选传输性质、极高的载流子迁移率和超低的电阻率以及优异的光学性质和力学性质。然而,与其他绝大多数二维材料不同,较大二维尺寸的石墨烯还具有零带隙的半金属材料特性,限制了石墨烯在光电器件和半导体等领域的应用。因此,如何打开石墨烯的带隙,将其从半金属材料转变为半导体材料,引起了人们的广泛兴趣。目前,已知打开石墨烯带隙的方法主要有两种:一种是对石墨烯进行化学掺杂以破坏其π电子共轭体系;另外一种是基于量子效应,将石墨烯切割成纳米带、纳米筛或量子点。石墨烯量子点(GQDs)是二维平面尺寸小于100 nm的石墨烯片段,因其具有量子限域效应和边界效应而呈现出特殊的物理化学性质,是一种具有带隙的半导体材料。与传统半导体量子点相比,GQDs具有毒性低、水溶性好、化学活性低、生物相容性好以及荧光性质稳定等突出优点。此外,GQDs具有单原子层平面共轭结构和较大的比表面积,同时表面的含氧基团可以为外来分子与之结合提供活性位点,在太阳能电池、光电子器件、生物医药等领域具有广泛的应用前景。GQDs的制备方法主要分为自上而下和自下而上两种方法。自上而下法主要包括强酸氧化法,水热/溶剂热法,电化学氧化法等。该方法的优点是原料来源丰富、制备过程相对简单,制备所得的GQDs表面含有丰富的含氧基团,具有良好的水溶性,易于表面功能化。自下而上方法主要分为可控有机合成和碳化反应。前者可以制备出具有精确碳原子数、大小和形状均一的GQDs,但是制备过程复杂繁琐、反应耗时长且产率较低,而后者所制备的GQDs,其尺寸和结构难以控制,产物具有多分散性。本文全面介绍了石墨烯量子点的各种制备方法,对这些方法的特点进行了评论,同时对重要或新颖方法的反应机理进行了阐述,并且重点介绍了GQDs在生物传感器方面的应用,最后对GQDs的未来研究和发展前景进行了展望。     

单层石墨烯表面钠原子吸附行为的第一性原理

构建了3种典型的石墨烯吸附钠原子模型(Na_xC_(72)(1≤x≤7)),采用密度泛函理论对其进行了系统计算,研究了最低能量构型的吸附能、平均电压、重叠布居以及原子布居、电荷密度差分、电子局域密度和态密度等性质。通过吸附能确定石墨烯表面最可能的钠原子吸附形式,当钠原子吸附数量x5时,钠原子优先以双面吸附的形式吸附于石墨烯表面;当x≥5时,钠原子以团簇的形式吸附于石墨烯表面。平均电压计算结果表明,随着x的增加,平均电压先降低后出现升高趋势,对应x=4时石墨烯吸附钠的最大容量达124 mAh/g。电荷密度差分、电子局域密度及Mulliken布居分析表明,临近石墨烯表面的钠原子3s电子转移至石墨烯的反键π轨道,钠原子和碳原子之间形成弱离子键,距离石墨烯表面较远的钠原子3s电子与周围钠原子共享,钠原子之间形成金属键。态密度计算结果表明,随着x的增加,Na_xC_(72)(1≤x≤7)的费米能级向石墨烯反键π轨道移动,导电性增强。     

石墨烯可控掺杂的研究取得新进展

<正>石墨烯,这一2004年发现的碳晶体家族中的新成员,集多种优异特性于一身,其电子迁移率高于硅材料两个级数表明石墨烯有望替代半导体工业中的硅材料。然而,石墨烯为零带隙半导体,因此能否有效调控其电学性质决定着这     

悬浮石墨烯的制备、性能及应用研究

作为一种新型二维材料,石墨烯在电学、光学、传热学及力学性能等方面均表现出极其优异的特性,对石墨烯的研究也得到众多研究者的关注.同时,拥有桥状悬浮结构的悬浮石墨烯(Suspended graphene)以其杂质少、受外界干扰小等优点使得石墨烯的本征特性得到最大化施展.在研究石墨烯的电子迁移率、传热性、力学性能等方面,悬浮石墨烯有着独特的优势,并且对提升微电子器件的性能作用显著.综述了悬浮石墨烯的制备与性质研究及其在微电子领域的应用进展,并展望了悬浮石墨烯的应用前景.     

悬浮石墨烯的制备、性能及应用研究

作为一种新型二维材料,石墨烯在电学、光学、传热学及力学性能等方面均表现出极其优异的特性,对石墨烯的研究也得到众多研究者的关注。同时,拥有桥状悬浮结构的悬浮石墨烯(Suspended graphene)以其杂质少、受外界干扰小等优点使得石墨烯的本征特性得到最大化施展。在研究石墨烯的电子迁移率、传热性、力学性能等方面,悬浮石墨烯有着独特的优势,并且对提升微电子器件的性能作用显著。综述了悬浮石墨烯的制备与性质研究及其在微电子领域的应用进展,并展望了悬浮石墨烯的应用前景。     

基于石墨烯电化学传感器的研究进展

石墨烯由于其独特的性质,在生物及化学检测中的应用日益增多,介绍了石墨烯和功能化石墨烯的性质,着重介绍了近几年基于石墨烯材料的电化学传感器的应用,如各种离子传感器、气体传感器和生物传感器的研究进展及在环境监测、医疗诊断、食品安全等方面的应用,并对石墨烯材料在电化学领域的发展方向和应用前景进行了展望。     

碱金属与石墨烯间的吸附性能及电子性质的研究

碱金属/石墨烯体系在纳米器件、锂离子电池等领域具有重要的应用价值。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了碱金属与石墨烯间的吸附性能及电子性质。研究表明,锂、钠、钾吸附在碳环中心(H位置)的平衡距离分别为0.175nm、0.223nm和0.263nm,相应的吸附能E锂E钾E钠。吸附过程中碱金属与石墨烯间发生电荷转移,体系的电偶极矩发生变化。锂和钾吸附后HOMO~LUMO能隙变大,相比锂和钾,钠与石墨烯间的吸附最弱。     

石墨烯在水环境中的转化和降解行为研究进展

随着石墨烯的大量生产和广泛应用,向水环境中释放的石墨烯类垃圾和副产物与日俱增,从而带来不良的生态效应,极大地增加了石墨烯在环境和人体中的暴露概率。与此同时,石墨烯的生态毒性和环境效应引起了研究者的重视。石墨烯可以进入藻类、鼠内引起氧化应激反应,可以进入细胞与DNA及蛋白质等生物大分子物质相互作用,对生物体产生一定的毒性。此外,石墨烯具有巨大的比表面积和强烈的π电子活性,对有机污染物具有良好的吸附性能,进而对水环境中的有毒有害物质产生富集作用,改变污染物的迁移、转化和生态风险。研究发现,石墨烯在水环境中主要以团聚的形态存在,具有生物难降解性和强烈的疏水性。其衍生物氧化石墨烯在水体中能形成稳定的悬浮物,具有长期迁移性和亲水性的特点。这些特点使得不同形态的石墨烯在外界环境的作用下发生相互转化,甚至降解,导致它的理化性质、迁移性、吸附能力发生改变。这种改变会影响石墨烯的其他环境行为如迁移归趋、对环境污染物的吸附性能以及生态毒性等,因此研究水环境中石墨烯的转化和降解对评价其环境风险具有重要意义。外界环境如水体理化性质,化学、光热、生物介质与石墨烯的作用机制是近年来研究的重点。通过研究环境介质对石墨烯的结构性能和活性的改变,可以为分析石墨烯在水体中的生态效应的动态变化及其与有机污染物之间的相互作用提供理论基础。水环境中的pH值、盐溶液类型、离子强度、溶解性有机质等因素对石墨烯的聚合状态有不同程度的影响。尤其是溶解性有机质,它既可以通过空间位阻效应促进石墨烯的分散,又可以通过缠绕、交联促进石墨烯的团聚,进一步增加了研究石墨烯的转化和降解机制的难度。石墨烯在光照作用下产生的活性自由基是其结构性质变化的主要原因,而石墨烯与微生物的作用机制主要是酶促氧化。本文就石墨烯的光转化、热转化、化学转化及生物降解的过程和原理进行了综述,分析了影响石墨烯在水环境中转化和降解的因素及转化前后的环境效应。     

石墨烯有望成为未来革命性的新材料

2014中国国际石墨烯创新大会在浙江省宁波市举行。会上获悉,石墨烯性能优异可望成为未来革命性的新材料,应用领域十分广泛。石墨烯是迄今为止发现的最特殊的材料之一,是理论上最薄、最坚硬的纳米材料,具备透光性好、导热/电能力强、性质可调节范围宽等特点,被称为"万能材料"。据专家分析,目前石墨烯材料分为两类,一类是由单层或多层石墨烯构成的薄膜,另一种是由石墨插层分离得到的粉末状石墨烯。石墨烯薄膜又分为单晶薄膜和多晶薄膜。其中单晶薄膜可以用于集成电路等电子领域,但是产业化尚待时日。而多晶薄膜有望在1~3年内实现产业化应用,替代ITO玻璃用于制造触摸屏和其他需要透明电极的领域。除了纯石墨烯之外另外还有很多石墨烯衍生物未来也会有较为广泛     

自由态二维碳原子晶体-单层石墨烯

石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体,是目前碳质材料和凝聚态物理领域的研究热点之一.石墨烯是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元,具有更多奇特的性质.通过简要介绍石墨烯的发现历史及分子结构,重点评述了石墨烯奇特的性质(特别是电学性质)和潜在的应用领域.     

石墨烯增强金属基复合材料的制备方法研究进展

石墨烯因其独特的电学、力学和热学等性能,作为强化相在制备轻质、高强度、强韧性的优异合金材料方面越来越受到关注.简单介绍了石墨烯制备方法和性质,综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法、性能及强化机制,并对影响复合材料结构性质的因素进行了分析,同时展望了今后金属基石墨烯复合材料的研究方向及发展趋势.     

石墨烯纳米片及其场发射性能研究

两维石墨烯纳米材料是目前材料研究的热点之一,其中石墨烯纳米片的一个重要特征是有一条一维尖锐的刀口状边缘,电场增强系数大,是很好的电子场发射材料。本文介绍了石墨烯纳米片结构特点,综述了石墨烯纳米片的制备及电子发射性能,指出了目前研究存在的问题和研究方向。     

电子间相互作用是石墨烯具备超性能的关键

作为一种超薄、超强、超柔和超高速的导电体,石墨烯已被电子领域视为具有广泛应用的神奇材料。但要想充分发挥石墨烯的巨大潜力,科学家们首先必须了解石墨烯的超能力从何而来。据物理学家组织网2012年8月3日报道,美国科学家已经朝这个方向迈出了最新一步:他们的研究首次证实,石墨烯中电子间的相互作用是石墨烯具