産業資訊 / Industry

npj: 蛋盒石墨烯—奔向電子材料的基礎性突破

石墨烯之所以容易折疊和形成皺褶是由于它隻由一個原子層組成,正如一張紙容易打皺變形一樣。可是當把一個紙闆壓制成有着高低起伏波紋狀結構,形如超市中用來盛裝雞蛋的紙闆盒的時候,其力學強度和性能就會瞬間得到大幅度的提升。那麼關鍵的問題是能否在石墨烯的六角蜂窩狀原子晶格上構建出雞蛋盒樣的幾何形态。

由美國加州州立大學北嶺分校苗茂生教授、北京計算科學研究中心的林海清教授和吉林大學的劉靖堯教授共同組成的研究團隊,對這一有趣的重要問題展開了多年的理論計算研究。這一課題的主要承擔人是目前任教于浙江農林大學理學院的劉偉副教授。他們首先注意到,石墨烯中的五元環和七元環缺陷能夠使石墨烯片層産生不同的拓撲形變,包括極大、極小值點和鞍點。如果把這些缺陷有規律地排布,就能讓石墨烯形成類似雞蛋盒的幾何形變。通過改變缺陷的密度和排布方式,各種不同形态的蛋盒石墨烯都可以被構造出來。利用第一性原理計算方法,劉偉副教授和他的合作者們研究了一系列蛋盒石墨烯的穩定性,以及力學性質和電子結構。他們發現這些新型石墨烯同素異形體獨特的幾何形态使得該類材料具有更高的力學強度和各異的電子性能。對應于不同的幾何形态,蛋盒石墨烯可以是半金屬,也可以是具有直接或間接帶隙的半導體。還有一些蛋盒石墨烯的能帶結構中具有狄拉克錐結構。值得注意的是,除了提高力學強度外,一些蛋盒石墨烯還顯示出負的泊松比,即當蛋盒石墨烯在沿原子層平面内某一方向受壓的時候,它在該方向上以及原子層平面内該方向的垂直方向上都會發生收縮。該項研究工作提出了一種有效改善石墨烯力學和電子性能的新方法,可為實現更多具有優良或獨特性能的新型石墨烯基材料的設計提供進一步的理論指導。

本文來自石墨烯聯盟,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

相關文章

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看