《石墨片及其複合體系的電子結構調製與功能化研究》是依託吉林大學，由鄭偉濤擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：石墨片及其複合體系的電子結構調製與功能化研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：鄭偉濤
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用脈衝雷射沉積和電漿化學氣相沉積技術製備單層、雙層和多層石墨片二維材料，通過摻雜、複合等手段對其電子結構進行調製，從而獲得特定的電學和光學等性質並最終實現材料的功能化，為石墨片微電子器件的製作提供依據。在此基礎上製備二維石墨片與具有光物理與化學功能的半導體納米複合材料，研究複合材料激發態電子轉移特性及其與光物理與化學功能的關係，發展新型的石墨片複合功能材料。基於第一原理，利用密度泛函理論對石墨片的電子結構與性質及受元素摻雜、吸附、複合的影響進行材料計算機模擬研究，揭示各種因素對石墨片電學、光學等性質的影響規律，以此指導實驗並詮釋實驗所出現的新現象。
結題摘要
(1)石墨烯的理論研究：利用基於第一原理的密度泛函方法，系統研究了石墨烯納米帶的電子結構及其摻雜、吸附對電子結構的調製。發現鋸齒型石墨烯納米帶是反鐵磁性的、具有強烈的邊緣態，而扶手椅型納米帶的帶隙則隨著其寬度的變化呈現周期性變化規律；探討了氧氣分子在扶手椅型納米帶表面上的吸附對納米帶結構和性質的影響及吸附和氧化作用機制；在石墨烯存在空位缺陷時，鹼金屬Li原子在石墨烯上的吸附量可以大幅度增加，且在垂直於石墨烯層面方向上Li粒子可以自由擴散；邊緣飽和氧原子可以調製扶手椅型石墨烯納米帶電子結構並實現金屬-半導體的轉變；硼/氮原子摻雜鋸齒形邊界三角形石墨烯納米片使磁性有所降低，通過摻雜原子位置可有效調製其磁學和電學性質。上述研究為最終實現石墨稀納米帶微納米電子器件的製作提供了理論依據。(2)石墨烯的實驗研究: 利用電漿增強化學氣相沉積和化學氧化還原方法製備了少層石墨烯和石墨烯與氧化鋅、氧化鈦等組成的納米複合材料，系統研究了材料的結構、電學、光學等性質。(i)石墨烯及石墨烯與氧化鋅複合的場發射: 一般實驗上所獲得的石墨烯片平行於襯底，要發揮其薄原子層的場發射優勢就必須使其直立於襯底之上。我們通過兩種方式解決了這個問題：一是在襯底上獲得近似垂直於襯底的少層石墨烯(GSs)，並對其進行Ar離子轟擊處理，使其尖端由少層石墨烯幾乎變成單層石墨烯而變得尖銳，從而大幅度改善了GSs的場發射性質；另一則是先在襯底上通過熱生長方式生長近似垂直於襯底的ZnO納米帶，然後利用等離子化學氣相沉積方法將石墨烯沉積在ZnO納米帶上，從而獲得了遠優於ZnO納米帶的場發射性質。(ii)石墨烯與氧化鈦複合的圖案化：我們利用紫外光照射，在室溫、空氣氣氛下，在各種基底上，成功製備了大面積、均勻的還原氧化石膜烯/TiO2導電薄膜，其電阻率為0.5-2Ωcm，圖案化的膜很容易通過用遮光片遮擋紫外光的方法製得，線的寬度可以達到10微米或者更細。因為UV只有很弱的熱效應，光助還原法尤其適合於在彈性塑膠基底上製備還原GO圖案，這在未來的微電子和光電子器件方面有著許多潛在的套用。
