石墨烯导热性能及其测试方法

石墨烯以其独特的结构和优异的性能引起人们广泛的关注。本文通过总结近期国内外石墨烯导热工作研究进展,梳理了石墨烯的导热机理,根据导热机理指出缺陷、基底、石墨烯边缘是影响石墨烯热导率的主要因素。综述了采用分子动力学及非平衡态格林函数方法进行石墨烯热导率模型计算的研究成果,并在模型的基础上,全面阐述了实验方面针对不同层数石墨烯热导率的测试方法及结果。     

铌酸锰-还原氧化石墨烯复合光催化剂的构建以及可见光下降解亚甲基蓝

通过水热法和光还原方法成功地制备了铌酸锰-还原氧化石墨烯复合光催化剂。这种复合光催化剂可以明显地提高光催化降解亚甲基蓝的光催化活性,降解效率在60 min内达到了78.2%,是单体铌酸锰降解效率的2倍。通过活性物质捕获实验的研究,增强的光催化性能可以归因于还原氧化石墨烯加速了光生电子-空穴的分离效率,进而解决了低光催化活性的问题。     

石墨烯的氧化还原法制备及结构表征

采用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨,经超声分散,然后在水合肼的作用下加热还原制备了在水相条件下稳定分散的石墨烯。用红外光谱、拉曼光谱、扫描探针显微镜和ζ电位仪对样品进行了结构、谱学、形貌和ζ电位分析。结果表明,石墨被氧化后形成以C=O、C-OH、-COOH和C-O-C等官能团形式的共价键型石墨层间化合物;还原氧化石墨后形成的石墨烯表面的官能团与石墨的相似;氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可形成稳定的悬浮液;氧化石墨烯和石墨烯薄片厚度为1.0nm左右。考察并讨论了还原过程中水合肼用量,体系反应温度、反应时间和pH值对石墨烯还原程度和稳定性的影响,水合肼用量和反应时间是影响石墨烯还原程度的主要因素;pH值对石墨烯稳定性影响较大。     

GO增强UHMWPE在透明质酸钠润滑介质下的摩擦学性能研究

采用UMT-3MT往复式滑动摩擦磨损试验机,研究在透明质酸钠(SHA)润滑介质下,氧化石墨烯(GO)对基体材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)摩擦学性能的影响.利用高分辨扫描电子显微镜(HR-SEM)和MicroXAM非接触式3D表面轮廓仪观察试样表面磨痕形貌并计算其磨损率.结果表明:在SHA润滑介质下,无机填料GO的添加显著降低UHMWPE基复合材料的磨损率,但是,GO的添加对复合材料稳态摩擦系数和残留在SHA润滑介质中的磨粒特征无明显影响.无机填料GO的添加增强了UHMWPE在SHA润滑介质下的耐磨性能.     

石墨烯能带结构的紧束缚近似计算

固体能带理论是固体物理学的一个重要理论基础,被广泛应用于材料电学性质的研究。为结合科学前沿教学,以当前热门材料石墨烯为例,介绍紧束缚近似法在石墨烯能带结构计算上的详细过程,并借助Matlab软件展示了其能带结构,进而从理论上解释石墨烯所具有的独特电学性质。     

石墨烯——未来材料之星

学习＂双语物理导论＂课程后,我们选择＂石墨烯＂作为课程论文和最终报告的主题.石墨烯目前是凝聚态物理和材料科学最为活跃的研究前沿,这一非传统的二维材料展现出极好的结晶性及电学质量,它在过去短短3年内已充分显示出在理论研究和应用方面的无穷魅力.论文首先叙述了石墨烯的背景与发现,接着阐述了石墨烯的定义、特性及相应的应用,结论是：虽然只有当商用产品出现时才能肯定其应用的现实性,但凭借其非同寻常的性质,石墨烯已不需要证明其在基础物理学中的价值.通过撰写这篇课程论文,我们践行了课程的理念和目标——＂让学生尽早阅读英文资料并开展一些研究性工作＂,并且受益匪浅.     

石墨烯量子点的磁性及激发态性质

利用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)基组水平上研究了具有zigzag边界的石墨烯量子点,结果表明不同大小的石墨烯量子点的基态都是具有磁性的自旋三重态.其磁性一方面来源于zigzag边界上占有凸出位置的碳原子,另一方面来源于带有孤对电子的碳原子.从整体上看,除6b结构外,其他结构的能隙随着苯环数量的增加逐渐减小,而附加电荷却使体系能隙明显减小.用含时密度泛函理论(TD-DFT)对能隙为3.83 eV的由六个苯环排列成的三角形结构进行了激发态的计算,发现第十七激发态强度最大,能量为3.93 eV,对 关键词： 石墨烯量子点 磁性 能隙 激发态     

含Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电学和光学性能研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对zigzag型石墨烯纳米带中含有不同Stone-Wales缺陷的电子结构特性和光学性能进行研究. 考虑了两种模型:不计电子自旋和考虑电子自旋的情况.研究发现:不计电子自旋情况下,含对称Stone-Wales缺陷的石墨烯纳米带在缺陷区域出现了凹凸不平的折皱构型,两种不同的Stone-Wales缺陷都引起了电荷的重新分布.考虑电子自旋时,Stone-Wales缺陷的引入对石墨烯纳米带自旋密度有显著影响,也引起了不同自旋的电子态密度的变化.进一步研究了纳米带的光学性能,发现 关键词： 石墨烯纳米带 Stone-Wales缺陷 电子结构 光学性能     

WC-Co硬质合金表面石墨烯沉积生长分子动力学仿真研究

对碳原子在硬质合金(WC-Co)表面的自组装及石墨烯生长过程进行了分子动力学模拟.揭示石墨烯生长中的碳原子沉积、不同长度碳链形成,以及碳链向多边形转变和石墨烯缺陷愈合及自修复过程.研究温度和碳沉积速率对高质量石墨烯生长的影响.模拟结果发现,低温生长的石墨烯缺陷较多,质量较低;高温有助于石墨烯生长,但是高温会对基底造成损伤,使生长的石墨烯表面平整度降低.较高的沉积速率,获得较高的石墨烯形核率,分布较为均匀,但是存在较多的缺陷,而低的沉积速率有助于碳原子的迁移,导致碳原子出现团聚,降低石墨烯质量.因此,选择合适的沉积温度和沉积速率有助于生长高质量石墨烯.仿真优化参数即沉积温度为1300 K,沉积速率为10 ps/C时,生长的石墨烯表面平整度较高(RMS=1.615),且保持着数目较多的基本单元(N=71),质量较好.     

二维有限元方法研究石墨烯环中磁等离激元

石墨烯等离激元是决定石墨烯光学性质的重要元激发,拥有一系列优异的特性,其通过外置电场的动态可调性最引人注目;石墨烯具有很强的磁场响应(如室温观测的量子霍尔效应),因而磁场可作为一个新的调控自由度,形成的准粒子叫作石墨烯磁等离激元.鉴于石墨烯的二维属性,石墨烯磁等离激元的研究大多采用三维近似,即将石墨烯等效成厚度很薄的三维块材,该处理方案需消耗大量的计算资源.本文在准静态近似下,围绕库仑定律和电荷守恒定律,构建了高效的二维有限元方法,自洽地求解石墨烯面内的积分微分方程,并提出本征值损失谱表征准粒子的激发.利用二维有限元方法,探讨了4类石墨烯环中磁等离激元的激发;最低阶的偶极共振都支持磁等离激元的对称劈裂,在孔很小时,其对模式劈裂的影响可忽略,但当孔的尺寸变大时,内外边界的相互作用将抑制模式劈裂,并最终导致其消失.