缺陷型氟化石墨烯的退火和磁學性能研究

《缺陷型氟化石墨烯的退火和磁學性能研究》是依託福建師範大學，由馮倩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：缺陷型氟化石墨烯的退火和磁學性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馮倩
• 依託單位：福建師範大學

項目摘要

磁性石墨烯由於具有很長的自旋相干長度，使其在自旋電子學器件具有巨大潛在套用。本項目在總結氟化缺陷型石墨烯的控制合成及初步磁性研究基礎上，擬對缺陷型氟化石墨烯退火去氟及磁性調控。主要包括以下幾個方面：（1）對缺陷型氟化石墨烯退火去氟，實驗探討氟化石墨烯的碳缺陷濃度、氟摻雜量、氟的小團簇濃度的控制條件； （2）氟化石墨烯的碳缺陷濃度、氟摻雜量、氟的小團簇濃度對其局域自旋濃度、自旋耦合的依賴關係，利用製備條件實現對氟化石墨烯的磁性的調控，以期通過熱退火獲得具有高濃度、強耦合局域自旋的氟化石墨烯；（3）建立理論模型，利用第一性原理研究缺陷型氟化石墨烯的脫氟和磁學性能變化，對實驗結果進行合理的解釋。總之，本項目期望通過實驗與理論結合，研究缺陷型氟化石墨烯的磁性來源和耦合機制，為其套用提供實驗和理論依據。

結題摘要

近年來，有關碳基材料的磁性引起了研究人員的極大興趣。發展有效的方法去合成具有高磁化強度和磁有序的石墨烯，在實際套用中至關重要。本項目通過改變氟化石墨烯的製備及熱退火的實驗條件，初步實現對缺陷型氟化石墨烯的磁性調控。 研究發現： ①具有越多的殘餘含氧官能團的還原石墨烯,則有更高的化學活性，越容易被氟化成為高氟化石墨烯，具有的碳空位缺陷濃度越高。②利用二氟化氙直接氟化氧化石墨烯（GO），GO上的羥基和羧基容易被氟自由基替代。氟化石墨烯的熱穩定性與碳空位缺陷的濃度緊密相關。得到的氟化石墨烯，由於具有高碳空位缺陷濃度，在810 K退火後可以得到輕度摻雜F的石墨烯量子點。吸附在石墨烯邊緣的氟原子能夠阻止很多磁性zig-zag邊緣的重建及鈍化，從而使石墨烯量子點具有強的順磁性。③利用二氟化氙氟化被還原的氧化石墨烯（RGO），得到碳空位缺陷濃度較低的氟化石墨烯。在適當的溫度下對其熱退火，使本來只具有順磁性的氟化石墨烯能夠出現鐵磁性行為。這主要是由於在退火過程中大的氟團簇分化成很多小的氟團簇，增加了氟團簇的邊緣效應，從而增加了氟化石墨烯的局域自旋濃度。總的來說，氟化石墨烯的磁學性能對氟化石墨烯上氟的摻雜量及分布有很強的依賴性。當自旋局域磁矩的濃度足夠大時，能夠縮短不配對自旋磁矩的平均距離，有利於石墨烯材料獲得長程有序的磁狀態。 此外，我們還開展了一些原計畫沒有列入的工作，製備NiSnO3/石墨烯複合材料，並套用於鋰離子電池負極中，發現摻雜改性後的複合材料具有很好的電化學性能。另外，將高度取向的多層碳納米管薄膜與輕薄聚合物薄膜結合製備成超快速的電致動器，性能顯著優於此前報導的同類型電致形變材料。