二維晶體材料表面結構-性能耦合與調控的物理力學研究

《二維晶體材料表面結構-性能耦合與調控的物理力學研究》是依託南京航空航天大學，由郭宇鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：二維晶體材料表面結構-性能耦合與調控的物理力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭宇鋒
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

石墨烯、六方氮化硼等類石墨烯二維晶體是目前最具套用潛力的納米材料。本項目針對這類二維晶體材料在納機電系統套用時所面臨的表面結構影響與性能調控等實際問題，擬採用力學建模、分子動力學模擬、基於量子力學的第一原理計算，並結合實驗表征與測試等多學科方法，對力電熱等多場耦合條件下的基底支撐石墨烯、六方氮化硼表面結構和形貌控制及對自身性能影響、改變和控制其表面吸附和潤濕性能、表面吸附、外場與表面結構變化的耦合作用對二維晶體物理力學性能影響等重要的科學問題進行深入研究。揭示利用表面形貌變化與外場耦合作用調控類石墨烯二維晶體力學、電學性能的機制，揭示褶皺、缺陷等結構形貌因素與電場、電荷注入、力場等外場影響和改變基底上二維晶體表面吸附和潤濕性能的原理；揭示利用表面吸附和基底、電場、電荷注入等多場耦合作用調控二維晶體力學和電學性能的原理和途徑。為基於類石墨烯材料的納機電系統的發展和創新提供理論依據和基礎。

結題摘要

本項目採用力學建模、分子動力學模擬、基於量子力學的第一原理計算對二維晶體材料在納機電系統套用時所面臨的表界面結構影響與性能調控等重要的科學問題進行深入研究。發現銅基底上的六方氮化硼表面吸附O3和O-H2時會表現出鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性，以及鎳和銅基底上的六方氮化硼表面氧化後會使水分子發生分解，從而形成羥基化的六方氮化硼；發現了氧化和氟化可以顯著降低公度堆垛的石墨烯和氮化硼之間層間滑動的能壘；提出了估算少層石墨烯和六方氮化硼彎曲剛度的方法；揭示了受限於石墨烯與銅基底之間的單層水在低溫和室溫下的結構變化和摩擦性能變化規律；揭示了“雙面神”過渡族金屬硫族化合物（TMD）雙層的摩擦壓電性和單層TMD的撓曲電效應。相關研究結果為基於二維晶體材料的新型納功能器件和納機電系統的設計和構築提供了新的原理和思想。本項目到目前為止已在Nano Energy、J. Phys. Chem. Lett.等國際刊物上發表11篇SCI學術論文。項目負責人2016年入選江蘇省第五期“333高層次人才培養工程”第三層次；2016年獲得國家自然科學基金優秀青年科學基金和江蘇省自然科學基金傑出青年基金；2018年入選江蘇省“333高層次人才培養工程”第二層次；2017年入選教育部“長江學者獎勵計畫”青年學者。