《低維硼納米材料及其缺陷態的功能化套用研究》是依託中山大學，由李繼玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低維硼納米材料及其缺陷態的功能化套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李繼玲
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
開展非碳納米材料研究，對發展新型光電子材料和器件套用具有重要意義。最近，對硼納米材料的結構和穩定性研究受到了廣泛關注，並取得了很大的突破，而深層次的功能化套用研究卻非常少。超前於實驗的功能化理論研究對材料的實際套用至關重要。我們目前的初步研究發現，硼富勒烯金屬包合物的磁矩隨金屬原子位置的不同表現出二元特性，這一發現對該材料在磁存儲和磁性開關方面的套用具有重要指導意義。因此，我們提出採用分子動力學模擬和第一性原理相結合對硼納米管和硼富勒烯的功能化套用開展系統研究：通過對硼納米管的缺陷功能化，得到其合成過程中可能的缺陷結構的形成過程和組裝規律，為相應的實驗工作提供理論指導；通過分別對硼納米管和硼富勒烯的外壁化學修飾以及對硼富勒烯籠內包合的功能化研究，建立材料微區結構調整和巨觀性能的關係。研究結果將為進一步探索低維硼材料的實驗合成和實際套用提供理論指導，為材料的設計和器件的開發提供可靠的理論。
結題摘要
由於信息技術飛速發展的需要，傳統的微電子器件正朝高度微型化、集成化的納米器件方向發展。低維納米材料在納米電子器件、納米光電器件、納米分子器件和高密度非揮發性存儲器件等工程領域具有巨大的套用前景。因而，最近幾年，發展新型低維納米材料成為納米材料學和納米電子學領域最新興和前沿的研究熱點。各國科研工作者對此開展了一系列的研究，人們期待通過各種理論和實驗探索合成更多更具優越性能的新型功能材料與納米器件。硼在元素周期表中與碳“最近鄰”，一直以來，對硼納米管和硼團簇的研究得到了尤為廣泛的關注，科學家試圖得到類似於碳家族的更具優越性能的低維硼家族納米材料。然而，在本項目申請中我們曾經通過調研提出，儘管目前已經對硼納米管和硼富勒烯的幾何結構和穩定性研究取得了很大的突破和較為一致的結論，但更深層次的功能化套用和合成過程中可能的缺陷結構的研究報導卻非常少。而超前於實驗的功能化研究對材料的實際套用至關重要。在項目開展的過程中，我們採用分子動力學模擬和第一性原理相結合對硼納米管和硼富勒烯的功能化套用開展系統研究：（1）通過過渡金屬原子與硼富勒烯的碰撞反應功能化研究發現，過渡金屬原子可以穩定存在於硼富勒烯的兩個不同位置，且功能絡合物的磁矩隨金屬原子位置的不同表現出二元特性，這一發現對該材料在磁存儲和磁性開關方面的套用具有重要指導意義，（2）開展了硼富勒烯的鹼土金屬外壁修飾功能化及其絡合物作為儲氫材料的計算模擬研究。研究發現，鹼土金屬原子中Mg原子能夠以適當數目穩定的均勻分布在硼富勒烯的表面。金屬原子與硼籠之間的電荷轉移以及由此而激發的微弱電場能夠對氫分子有較強的吸附作用而不導致氫分子的分解，從而達到了很樂觀的可逆儲氫重量密度。研究對於硼富勒烯作為儲氫材料在能源環境方面的套用具有重要意義，（3）開展了BN異質類富勒烯籠的聚合研究。研究發現(BN)12籠通過聚合可以形成多種新穎的中空立體管狀結構。這一發現對於該富勒烯籠狀結構作為一種納米磚塊，構造納米器件中可能需要的納米結構具有重要的指導意義。（4）開展了低維硼納米線的結構設計和電學磁學性能研究。研究發現了幾種穩定的納米線。這些納米線的電學磁性性能，具有取向依賴性。這和塊體硼材料的相關性能截然不同。這些研究結果得到了國內外同行專家的認可，並均在國際著名學術期刊如Nanosale, APL，JPCC等雜誌上發表。
