金屬插入對石墨烯物化性質調控的理論研究

《金屬插入對石墨烯物化性質調控的理論研究》是依託東北師範大學，由劉曉潔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬插入對石墨烯物化性質調控的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉曉潔
• 依託單位：東北師範大學

項目摘要

以石墨烯為基礎的碳質材料,尤其是石墨烯-襯底層間插入複合物成為近十年來基礎研究和新型材料開發的熱點。其在微電子器件、能源存儲、電子和自旋輸運、催化以及生物等多個領域具有廣泛的套用前景。本項目擬採用第一性原理基態結構能量計算和過渡態理論搜尋方法，再結合經典晶體生長理論，以過渡金屬和稀土金屬插入石墨烯-SiC 襯底界面為研究對象，從熱力學穩定性和動力學反應路徑兩個方面來深入研究過渡金屬和稀土金屬在石墨烯與 SiC 襯底界面的插入機理、穩定構型、磁性和電子結構性質。尤其是關注過渡金屬和稀土金屬以不同形式在石墨烯與 SiC 襯底界面插入後對石墨烯表面靜電勢的影響以及靜電勢的改變對石墨烯樣本表面金屬原子吸附、擴散、成核的影響，進一步探索在過渡金屬和稀土金屬插入後對金屬納米材料的生長以及在巨觀上密度、形貌等特徵的影響規律，從而給予實驗研究有力的理論指導。

結題摘要

石墨烯-襯底插層複合物不僅在基礎科學研究方面具有重大意義，更在微電子、光電子、儲能等器件革新方面有廣泛的套用前景。本項目利用第一性原理結構最佳化和過渡態搜尋方法結合經典晶體生長理論對石墨烯-襯底插層複合物表面和界面輸運性質進行詳細研究。研究結果表明襯底有助於金屬原子插入，且缺陷輔助機制是實驗上最有可能的插入機制，考慮襯底後能壘分別降低了24%、79%、100%，表明襯底效應不可忽略；金屬、非金屬插層對石墨烯晶格和電子性質的影響，發現金屬插層與石墨烯之間為弱相互作用，對石墨烯晶幾何結構和電子結構影響較小；不同插層結構對石墨烯表面靜電勢的分布影響不同，發現界面處靜電勢分布不均勻，且金屬插層與非金屬插層致使石墨烯表面靜電勢分布不同，這種靜電勢的重新分布主要來源於插入層向石墨烯層的電荷轉移；研究發現不同插層結構表面吸附原子的吸附以及擴散具有選擇性，而不是各向同性的這種選擇性的根源來自於交替靜電勢誘導產生的交替電場，納米粒子在交替電場驅動下選擇性擴散進而影響生長形貌。本項目解決了石墨烯-碳化矽襯底表面以及界面質量輸運問題，部分解決了插層對納米材料生長形貌的影響問題。已發表SCI學術論文13篇，參加國際會議2人次，國內會議5人次，組織會議1次，邀請專家來校訪問6人次。