石墨烯生长与切割中金属催化机理的理论研究

发布时间：2024-05-11 21:01

　　自2004年被发现以来,石墨烯展现了奇特的物理化学性质,从而在电子学和光学等领域存在潜在的广泛应用前景。从此,生长大面积高质量的石墨烯便成了实验研究工作者的梦想。从最初的机械剥离法到现在普遍采用的化学气相沉积法,人们不断改进实验方法以制备出可供实际使用的石墨烯片。然而从发现到现在十多年过去了,如何制备出大面积高质量的石墨烯依然是一个亟待解决的问题。除了实验研究人员的不懈努力,理论计算工作者也尝试挑战这一问题,将整个生长过程分而治之,对碳氢化合物的分解,石墨烯的成核以及活性物种在小岛边缘的贴附生长等各个阶段进行了大量的计算与模拟。除了制备大尺寸样品,石墨烯在电子学领域的应用常常需要将其从无能隙的半金属变成有能隙的半导体。常用的能带工程调控手段有对石墨烯进行力学调控,化学修饰等。制备一维的石墨烯纳米条带也能实现能带的打开,赋予石墨烯更多新的电学特性。利用过渡金属纳米颗粒切割石墨烯是制备边缘平整,宽度适宜的石墨烯纳米条带的途径之一。除了大量的实验研究之外,一些理论计算工作也尝试揭示纳米颗粒的生长和切割机理。石墨烯的生长和切割均属于金属表面或者纳米颗粒参与的异相催化反应。在理论计算中,常见的这...

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【部分图文】：

图１．４不同石墨烯制备方法在价格和质量方面的对比（括号内为各种方法??制备出来的石墨烯的应用领域ｓ??

?２０３５??Ｙｅａｒ??图１．３石墨烯在显示，电子学（上图）和光学（下图）方面的应用的路线图。８??１．３石墨烯的实验制备与机理研究??１．?３．?１石墨瑞的制备??从］９９９年开始，人们就开始尝试将石墨等层状材料通过原子力显微镜（ＡＦＭ）??机械剥离的方法使其变薄。直到２００....

图１．５甲烷分子逐步脱氢的能垒

许多应用要求石墨烯具有一定的能隙，然而石墨烯是无能隙的。为了实现能??隙的打开，研宄人员提出了很多策略：利用电场调控２１，施加应变２２，进行化学??修饰２３，制备成ＧＮＲ２４等诸多方法。如图１．６所示，沿着石墨烯不同方向裁剪成??一维的纳米条带，得到的ＧＮＲ将会具有不同的边缘构型....

图１．７?ＡＧＮＲ的带隙随着宽度的不同而变化（左图）和随着外加电??

（ａ）石墨烯的不同晶向?（ｂ）?ＺＺＧＮＲ和ＡＧＮＲ??图１．６石墨烯的晶向和按照特定方向裁剪得到ＧＮＲ的示意图。２４??不仅拥有石墨烯本身的性质，量子受限效应还赋予了?ＧＮＲ更多奇特的物理??化学性质：其性质依赖于ＧＮＲ边的构型和宽度。对ＡＧＮＲ而言，根据它的宽度??的不同，它....

图１．６石墨烯的晶向和按照特定方向裁剪得到ＧＮＲ的示意图

化学性质：其性质依赖于ＧＮＲ边的构型和宽度。对ＡＧＮＲ而言，根据它的宽度??的不同，它会表现为金属或者半导体，且能隙大小随着宽度的变大而减小，同时??能通过外部电场进行调控，如图１．７所示。对ＺＧＮＲ而言，边界上的边界态会呈??现出反铁磁和铁磁态，在磁学性质方面表现的更为丰富。通....

本文编号：3970365