基於第一性原理對氟化石墨烯納米帶性能的研究

《基於第一性原理對氟化石墨烯納米帶性能的研究》是依託西南交通大學，由師明星擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於第一性原理對氟化石墨烯納米帶性能的研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：師明星
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

（限400字）因石墨烯本質上在各個方面具有優越的性能，其最近得到更多的科研關注。這些研究的重點在於從理論和技術上擴展其帶隙能量，從而促進其實際套用價值。研究發現，儘管石墨烯的帶隙能量在其被功能化後（用氫、氧或者氟原子）都能得到擴展，但氟化後的石墨烯在室溫下具有更顯著的穩定性。實際套用中石墨烯是以帶狀等有限大小尺寸存在的，尤其不可避免地有邊界的存在。對石墨烯納米帶性能的研究表明，無論扶椅型還是鋸齒型的邊界，石墨烯納米帶的邊界應力均為壓應力。這一性質與石墨烯帶邊界區域的翹曲效應有關。石墨烯帶的邊界有缺陷或者部分被氫化後，邊界應力顯著減小，從而附近區域的翹曲效應也減弱不少。這個科研課題將專注於氟化石墨烯納米帶與其邊界相關性能的研究。研究的主要方法是基於第一性原理的原子尺度計算。研究內容主要著眼於揭示完全氟化石墨烯帶三方面的性能：邊界能和邊界應力，面內彈性模量和殘餘應力，以及帶隙能量。

結題摘要

全面理解氟化石墨烯納米帶的電學和力學性能是其從科學研究到實踐套用的重要環節。在本項目中，我們套用第一性原理對氟化石墨烯納米帶的邊界性能以及邊界對納米帶整體性能的影響進行了數值計算研究。對於選取的具有對稱/反對稱、扶椅型/鋸齒型邊界的四種納米帶，研究發現，它們的邊界能在寬度達到0.5nm時快速到達一個平台高度，然後隨著寬度的增加而緩慢增長。無論氟化石墨烯納米帶具有對稱還是反對稱的扶椅型邊界，其邊界應力總是負的；然而鋸齒型邊界情形的氟化石墨烯納米帶正好相反，是正的。氟化石墨烯納米帶的邊界應力對帶的寬度很敏感，且比同樣寬度的石墨烯納米帶的邊界應力要小。這說明石墨烯氟化後厚度的增加降低了邊界應力。相應地，邊界應力導致扶椅型和鋸齒型邊界的氟化石墨烯納米帶分別具有拉伸和壓縮殘餘應變。就面內彈性模量而言，隨著寬度的增加，所有類型納米帶的值接近無限大氟化石墨烯的面內彈性模量大小。最後，氟化石墨烯納米帶不同邊界時的電學性能差別很大：扶椅型邊界的納米帶象無限大的一樣，仍為半導體，但能頻寬度降低了約50%；然而鋸齒型邊界的納米帶則變為導電體，具有金屬性質。這一性質差別對氟化石墨烯納米帶的套用產生直接的影響：在電子領域套用時必須注意其邊界形狀。