《電子束輻照對石墨烯片、納米帶、量子點影響的研究》是依託上海大學，由周瑞敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電子束輻照對石墨烯片、納米帶、量子點影響的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周瑞敏
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
石墨烯體系以其獨特的結構和優異的性能，在化學、物理和材料學界引起廣泛興趣。在石墨烯材料和器件的製備及表征過程中，電子束輻照會造成材料的輻射損傷，同時利用電子束輻照能對石墨烯材料的結構和性能進行改性。本項目選定石墨烯片、石墨烯納米帶、石墨烯量子點作為研究對象，結合分子動力學法、蒙特卡羅法和基於密度泛函理論法，建立石墨烯材料電子束輻照效應的物理模型和模擬方法，分析輻照產生的缺陷及其相互作用，探索缺陷造成的能隙與粒徑、層數、邊緣形態之間的關係，評估電子束輻照對石墨烯片、石墨烯納米帶、石墨烯量子點穩定性的影響。結合輻照實驗，驗證並完善模擬方法，更為準確地研究石墨烯材料的輻照效應，同時合理利用電子束輻照改善材料的力學、光學和電學性能。該研究將為石墨烯片、石墨烯納米帶、石墨烯量子點及器件的穩定性提供理論指導，並為其在透明導電薄膜、場效應電晶體和生物螢光探針等方面套用提供技術支撐。
結題摘要
石墨烯獨特的結構和優異的性能在物理和材料學界引起廣泛興趣。在石墨烯材料和器件的製備及表征過程中，電子束輻照會造成材料的輻射損傷，也可利用電子束輻照來製備材料和調控材料的結構和性能。因此研究電子束輻照下石墨烯的結構演變和性能變化是該領域重要課題。本項目首次在透射電子顯微鏡下實時觀察石墨烯量子點在電子束輻照下的分形生長過程，形成的石墨烯量子點分形結構可能具有良好的場發射性能，有望套用於場效應電晶體。本項目通過調控不同的輻照劑量，前驅物的加入量和鹼催化劑的量來最佳化製備條件,合成的石墨烯量子點最大螢光強度在475 nm，並且其量子產率高達37％。針對目前石墨烯量子點缺乏工業化、低成本和環保的製備方法，本項目採用一個完全“綠色”的傳統磺化反應，在水熱條件下通過小分子前驅物完全融合製備高水溶性，沒有不溶性碳等副產物的磺酸基石墨烯量子點，實現工業化大規模製備高螢光量子產率的石墨烯量子點的方法。本項目將氮氧共摻雜石墨烯量子點套用在微型超級電容器中。通過改進的分子融合法合成含N（17.8 %）和O（21.3 %）的石墨烯量子點，並通過電泳沉積法將其負載在微型叉指電極上。我們通過N/O共摻雜來增強量子點與Au電極表面之間的相互作用，形成緻密的一層碳膜（3.57 g cm-3），其中有部分自組裝成微碳管，增大了比表面積。基於氮氧共摻雜石墨烯量子點材料的對稱微型超級電容器在水溶液和固體電解質中都具有優異的電化學性能。在PVA/H3PO4電解液中全固態微型超級電容器表現出極高的體容量（56.1 F cm-3）和體能量密度（7.8 mWh cm-3），以及良好的循環穩定性。氮氧共摻雜石墨烯量子點其優異的電化學特性使其成為高性能微型超級電容器最具套用前景的材料之一。
