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中科院福建物石墨烯理論研究獲重要進展

放大字體  縮小字體 發布日期:2013-12-03  來源:中國碳谷網  作者:中國碳谷網  瀏覽次數:3908
核心提示:中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室吳立明研究員課題組在國家自然科學基金重點和面上項目支持下,通過全局粒子群的優化搜索算法與第一性原理方法相結合的手段,成功地預測了能隙為1.09 eV的二維平面SiC2 硅碳石墨烯 (g-SiC2)材料。

  石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種,還非常牢固堅硬;作為單質,它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室吳立明研究員課題組在國家自然科學基金重點和面上項目支持下,通過全局粒子群的優化搜索算法與第一性原理方法相結合的手段,成功地預測了能隙為1.09 eV的二維平面SiC2 硅碳石墨烯 (g-SiC2)材料。

 

中科院福建物石墨烯理論研究獲重要進展

  據悉,該材料由sp2雜化的C原子和Si原子構成,結合能為0.41 eV/atom,處于勢能面上的全局最低點,比已知的同分異構體pt-SiC2(由4配位sp3雜化的Si原子形成)從能量上來得更加穩定,因此其單獨存在的可能性更大。此外理論預測其熔點位于3000到3500K之間,其衍生納米管的能隙(~1.09 eV)不隨手性、尺寸等變化,這些表明該材料具有很好的應用潛力,相關研究成果發表在國際著名雜志《納米快報》(Nano letters)上該項工作為二維碳基納米材料的結構改性設計、能帶調控提供了重要的理論參考。

  石墨烯是一種由碳原子構成的單原子厚度二維薄膜新材料。由于其導熱系數高、電阻率極低、電子遷移速度極快,因此被期待用來發展新一代電子元件或晶體管,用來制造透明觸控屏幕、光板等。但是由于其半金屬特性(能隙為0 eV),并不適合做熱電材料和太陽能電池材料。為此,人們希望通過結構調控和摻雜手段,增大石墨烯的能隙,從而拓展它們在光電器件中的應用。盡管碳基、硅基二維納米材料是當前的研究熱點,但具有適中能隙 (1 – 2 eV),且能隙不依賴于手性或尺寸的材料尚未見報道。

  石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它是已知材料中最薄的一種,質料非常牢固堅硬,在室溫狀況,傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯的原子尺寸結構非常特殊,必須用量子場論才能描繪。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料,它幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光";導熱系數高達5300 W/m·K,高于碳納米管和金剛石,常溫下其電子遷移率*超過15000 cm²/V·s,又比納米碳管或硅晶體*高,而電阻率只約10-6 Ω·cm,比銅或銀更低,為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低,電子遷移的速度極快,因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體,也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

 

 
關鍵詞: 石墨烯 中科院 福建
 
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