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二维组装薄膜电子/离子输运与电化学性能

发布时间:2021-09-06 04:59
  一直以来,电子和离子输运行为的研究是人类解决材料本征结构和功能关系的核心环节。随着材料纳米化低维化的快速发展,二维组装薄膜因其维度受限、高比表面积、易于调控等诸多优点,成为电子和离子输运行为研究完美的材料平台。通过对二维组装薄膜进行物理和化学手段的修饰,有望实现电子和离子输运行为的有效调控,从而最终实现二维组装材料的功能最优化。在本论文中,作者基于电子和离子输运特性为研究对象,获得了相关二维组装薄膜电学,磁学,光学行为的有效调制,最终获得了新奇的电子输运特性和优秀的电化学性能。具体来说,作者利用价态调控、氧缺陷、高分子组装等多种方法,使得基于二维纳米组装薄膜响应性和功能性显著增强。本论文为二维组装薄膜电子和离子输运的调制策略并实现优秀的机敏响应和电化学性能提供了新的思路。论文的主要内容包括以下几个方面:1.迄今为止,电子态转变尤其是金属绝缘体相变(MIT)提供了众多电子输运特性,在能源应用和智能器件中引起了很大的关注。但是直到目前很少有金属氧化物具有在室温附近的电子态转变。作者基于价态调控二维δ-MnO2,首次在实验上实现了二维面内Mn(Ⅲ)-O-Mn(Ⅳ)锰氧双... 

【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】:103 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

二维组装薄膜电子/离子输运与电化学性能


图1.1?HS-rGO和LS-rGO纳米片的化学成分和结构

电学行为,测试温度,磁场强度,纳米


的超顺磁二维石墨烯。对于具有铁磁的二维石墨烯而言,由于磁畴之间相互作用??强,在未施加外界磁场的情况下自旋已经排列整齐,自旋相干散射弱,于是在加??外磁场时机敏响应很弱,电学行为(磁阻)变化较小,如图1.2a所示。对于超??顺磁二维石墨烯而言,由于磁畴之间相互作用弱,零场时自旋排列杂乱;而在低??磁场下磁畴实现自旋翻转,在外场下容易产生机敏响应,表现出明显的负磁阻效??应,实现电学行为调制。于是,在300?K时,这种超顺磁二维石墨烯在外磁场为??500?Oe时达到8.6?%的负磁阻值,如图1.2b所示。该工作通过表面处理改变磁畴??之间相互作用,从而调控二维石墨烯在外场下电学行为,产生了室温附近低场负??磁阻效应,这为二维石墨烯组装结构构建自旋电子器件的实际应用迈进了坚实的??一步。??同样地,对于二维层状材料而言,单原子掺杂也是组装二维纳米结构从而实??现电学行为调制的一个强有力的手段+17]。电学行为调制的过程相应地会发生电??子和离子输运行为的变化

铁磁,二维,薄膜,分子


纯二维石墨烯本身是没有磁性的,阻碍了二维石墨烯在磁学行为中的研宄??和应用[87]。为此,Gonzalez-Herrero等通过原子级别的氢修饰诱导石墨烯产生了??磁性,如图1.5所示[19]。具体来说,他们采用STM探针操控氢原子进行了原子??级别的修饰,成功的将氢原子修饰在了纯的二维石墨烯的表面,如图1.5b。同时??他们结合第一性原理计算证实了氢原子的修饰能够使得二维石墨烯产生磁矩。而??且这种原子级别的精确的修饰能够选择性的在石墨烯表面产生磁性,显示出了巨??大的应用潜力。因此,通过氢修饰能够有效的将二维纳米材料精确组装,可以成??功地带来磁学行为的变化。??STM?tip??W1PT:??-2?5?0?+3?5??Distance?to?H?[nm]??_?議??Distance?to?H?(nrn)?{?Sp?n?down??图l.S在纯的二维石墨烯中引入氢原子,引起了自旋极化电子态的空间延伸。(A)沿??导电图[dI/dV(x,E)](B)中的虚线,光谱由标准结阻抗3?gigaohms?(100?mV,?33?pA)获得。(B)??二维石墨烯上单个氢原子的STM形貌(0.2?V,?0.1?nA,?7X5?nm2)。(C)?DFT计算出的磁矩??DOS(PDOS)峰值的高度的比较。(D)计算由氢的化学吸附作用产生的磁矩(箭头的长度表??示相对的磁矩的大小)。(E)沿(B)中的虚线得到的二维石墨烯结构的示意图。绿色(紫色)??球表示碳的位置属于相对氢的轨迹相同或相对于晶格原子化学吸附。虚线表示测量高度的演??变,箭头显示了相对磁性的贡献每个碳原子。所有实验数据均在温度为5?K时获得。??另外


本文编号:3386795

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