石墨烯纳米带的研究进展_李婧
7中国粉体工业 2014 No.3
石家庄铁道大学材料科学与工程学院︐河北省
交通工程材料重点实验室 ︵河北石家庄 050043
︶ 李婧 张杰 赵永克 庄亚芳 韩刘春石
墨
烯
纳
米
带
的
研
究
进
展
*【摘要】自2010年石墨烯的发现者获得诺贝尔物理奖以来，石墨烯
纳米带以其更好的理化性质成为了世界各国学者的研究热点。本文首先介
绍了石墨烯纳米带的制备方法：切割碳纳米管法（电极切割碳纳米管法、
混酸切割碳纳米管法、钾气裂解碳纳米管法、等离子体刻蚀碳纳米管法）、
刻蚀石墨烯法（等离子体刻蚀石墨烯法、半月板掩模光刻石墨烯法、二维
胶体晶体刻蚀石墨烯法）、膨胀石墨带减薄法、有机合成法、化学气相沉
积法；然后介绍了石墨烯纳米带在电学领域的应用，还简要介绍了其在力
学、热学等领域的应用；最后展望了石墨烯纳米带的发展前景。
【关键词】石墨烯纳米带；制备方法；应用论文选粹Thesis
引言
石墨烯是近年来备受瞩目的一种新型材料，它具有超强的力学性能、
导电性能、吸波性能、热稳定性等。近年来，研究者们朝着石墨烯的掺杂
改性、石墨烯不同形态的衍生物等方面进行了大量研究，并取得了一定的
成就[1]。石墨烯纳米带(GNRs，如图1)被定义为宽度小于10nm的石墨
烯，同时保持长宽比大于10，是继碳纳米管 (CNTs )之后被广泛关注的
一类准一维碳基纳米材料，它比石墨烯具备更灵活可调的性质和更大的应
用价值。GNRs的研究可追述到Klein的研究，他以Huckel能带理论为
基础对不同宽度的GNRs进行了研究，获得显著的成果[2]。此后十余年来，
各国科研人员针对GNRs开展了大量研究工作，试图研发高效、可控的
制备GNRs的技术工艺。2007年，真正意义上的GNRs（宽度约50nm）
在实验上由哥伦比亚大学的Kim研究组利用光刻的方法成功制得[3]。基
于法国SOLEIL同步加速器X射线等实验的研究成果，法美科学团队于
2012年11月成功研制出一种用于生产GNRs半导体的方法，为此后科研
*基金项目：河北省高校重点学科建设项目资助；河北省高等学校科学技术研究青年基金(No.Q2012111)；河北省自然科学基金(NO.E2013210011)；河北省大学生创新创业训练计划项目；河北省高校重点学科建设项目资助。图1 GNRs的TEM照片[4]中国粉体工业 2014 No.3
8人员深入研究GNRs的高效制备方法开
启了一扇大门。James小组认为，他们
制备的GNRs可用于柔韧触摸屏、太阳
能电池板、以及制成轻薄导电纤维，以
取代笨重的铜线，进而用于航空航天领
域。本文对GNRs的典型制备方法进行
了综述，并比较各种方法的优劣，最后
对GNRs的应用进行了介绍，对其未来
进行了展望。
1 GNRs的制备方法清楚的看到剥离的GNRs一端连接导电
电极，一端是脱离的CNTs内心。并且
产生的GNRs随着电压的增加，电导率
也增加，这为它成为电学材料提供了很
好的应用前景。这种方法生成的GNRs
宽度分布均匀(45nm左右)，含杂质量
低，如果有效实现批量快速生产，有望
实现高质量GNRs的宏量制备。
1.1.2混酸切割CNTs法
CNTs具有与石墨相同的晶体结
构，CNTs的发现远早于石墨烯和GNRs，并且CNTs非合成技术现在已
经成熟。Zhang等人提出，切割垂直
排列的CNTs获得的GNRs有许多优
异的电学性质，可用于超级电容器。纵
向切割和压制管状CNTs制成GNRs，
这种方法通过控制CNTs的长度和直
径进而控制所需GNRs的尺寸，从而
制备出所需的各种规格GNRs，这种方
法操作简单方便，得到的GNRs边缘
光滑。James[5]小组用高锰酸钾和硫酸
混合处理CNTs，沿着一个轴心将纳米
管打开可以得到宽度在100～500nm
的GNRs，如图3所示。这种方法虽然
可以制备大量的GNRs，但是得到的
GNRs不是半导体，应用上有一定限制。
1.1.3钾气裂解CNTs法
催化法是利用化学沉积或磁控溅射
把催化的纳米颗粒分散到CNTs的表
面上，在某些特定的气体（如H2）氛
围下进行加热。在纳米粒子的催化下，
气体分子会和CNTs表面的碳原子反
应而使得CNTs裂解产生GNRs。这种
方法相对比较简单，但是会影响产物
的性质。后来，Kosynkin等人用气态
钾来做催化剂，在250℃真空环境下催
化裂解CNTs，得到了边缘连接着钾的
GNRs，用乙醇质子化处理后可以得到
质量有所提高的边缘钝化的GNRs。图2 电解CNTs制备石墨烯过程示意图[6]
图3 CNTs逐级拉开形成GNRs的示意图
[4]1.1 切割CNTs法
1.1.1电极切割CNTs法
在非常高的电偏压下，碳纳米管
(CNTs)会显示出超塑[5]。Kim K[6]等
人提出了用电流诱发CNTs裂解制备
GNRs的方法。在真空下，利用电极的
移动，促使CNTs外层裂解。如图2所
示，在电极的移动下，通过对电偏压的
控制使CNTs外层被裂解，移除的内心
成为一个新的CNTs，剩下的GNRs完
全悬浮在真空中。在图2中，我们可以9
中国粉体工业 2014 No.31.1.4等离子体刻蚀CNTs法
等离子体刻蚀法是将CNTs嵌在硅
衬底上，上层覆盖约300nm左右的基
丙烯酸甲酯(PMMA)作为刻蚀掩膜，
如图4所示。用Ar等离子体刻蚀，因
为暴露在PMMA外的CNTs比内部区
域反应快，因此就会产生单、双和多层
GNRs，这取决于等离子体的处理条件。
经过后期的丙酮热蒸汽去除PMMA，
在300℃下煅烧10min除掉剩余的聚
合物，可以产生宽度在10～20nm的GNRs。这种方法制得的石墨烯的层数
和宽度可以通过选择不同层数的CNTs
和控制刻蚀时间来调控。
1.2刻蚀石墨烯法
1.2.1等离子体刻蚀石墨烯法
纳米带刻蚀法(NWL)用氧等离子
体刻蚀石墨烯，以纳米线为掩膜制备
GNRs。如图5所示，将石墨烯沉积在
Si基板上，在石墨烯上排列出纳米线
阵列，用氧等离子体进行刻蚀，经过声
波降解处理得到GNRs。如果加长氧等离子体刻蚀时间再经过声波处理，则可
以得到更窄的GNRs。Bai等人已经利
用二氧化硅纳米线作为掩膜成功制备出
GNRs。这种方法制得的GNRs具有较
小的宽度，但是产率不高，无法大规模
生产。
1.2.2 半月板掩模光刻石墨烯法
因刻蚀方法不同，GNRs也会呈现
出不同的性质。其中带隙变化取决于
GNR的宽度和边缘配置。Vera等人提
出了半月板掩膜光刻法制备非常窄的
GNRs(约10nm)。该方法自顶向下刻
蚀石墨烯，不需要要求高分辨率光刻工
具，在光刻技术模式的基础之上开发目
标材料。过程示意图如图6所示，这种
方法制得的GNRs高纵比大于2000，
具有很高的应用价值。
1.2.3 二维胶体晶体刻蚀石墨烯法
二维胶体晶体刻蚀又称纳米球刻
蚀,是中科院物理研究所/北京凝聚态
物理国家实验室表面物理国家重点实验
室白雪冬研究组的王文龙副研究员等人
基于二维胶体晶体刻蚀技术，开发出的
一种可控制备超窄GNRs的新方法[10]。
实验证明，在胶体微球空隙中，氧等离
子体束流具有局域各向异性的特点，利
用这个特点，他们制得了准一维高度各
向异性超窄纳米带。利用该方法还在基
片上特定区域制备出GNRs互连结构，
这些结构拥有不同几何构型，此方法具
有极大的可调性与较好的可控性，高产
出、成本低廉，为未来大批量制备石墨
烯纳米带提供了可能。
1.3 膨胀石墨带减薄法
新加坡南阳理工大学和国立大学的
科研人员合作[11]研究出了一种简单有
效的制备GNRs的方法。如图7所示，
先在硅衬底上覆盖约300nm的氧化硅，
然后再把用石墨烯制成的薄的平行石墨
带阵列在高温炉中退火，从而除掉顶层
处的石墨烯。当硅衬底上留下单层或者图4 等离子体刻蚀CNTs法制备GNRs的示意图[7]
图5 纳米线刻蚀法制备GNRs示意图[8]中国粉体工业 2014 No.3
10几层平行GNRs时便可以结束反应。但
是这种方法制得的GNRs往往存在很多
的边缘缺陷，不利于直接应用。
1.4有机合成法
有机合成法是制备GNRs的有效方较和基体结合较牢。这种方法可以制备
宽度很窄的单层纳米带，但是难以批量
生产。
1.5化学气相沉积法
化学气相沉积(CVD)法是近年来图6 光刻蚀法制备纳米带示意图[9]
图7 膨胀石墨带减薄制备石墨烯带[11]等碳氢化合物，碳源的分解温度、分解
产物和分解速率等因素很大程度上决定
了GNRs的生长温度。现在所用的生长
基体一般是铜[13-14]、镍等金属，不同金
属的晶体取向和晶体类型决定了GNRs
的生长机制和生长质量。
2 GNRs的应用领域
石墨烯基材料最引人瞩目。石墨烯
是目前已知的导电性能最出色的材料，
而学者认为石墨烯基纳米结构在未来的
电子纳米器件中是最有希望替代硅基纳
米结构的。人们已经尝试将石墨烯基
材料用于室温场效应管、自旋电子及单
电子器件、储能与超灵敏传感器、电极
材料(包括透明电极)、有机太阳能电
池的受体材料和阳极材料、非线性光学材料、场发射材料、复合功能材料以及
法，Cai等人以二溴联二蒽为原料，在
Au晶面上生长GNRs。在实验中，第
一步单体间脱溴形成聚蒽；第二步中聚
蒽脱氢环化形成带状结构，得到的单层
的、宽度小于10nm的GNRs。Bjork
等人[12]研究得出脱氢环化有两种形式，
分为二聚体间脱氢环化和单体间脱氢环
化。其中单体间脱氢环化因是放热反应，
生成的GNRs与另一种形式生成的相比发展起来的制备石墨烯带的一种新方
法,因产量高而逐渐成为制备高质量石
墨烯带的主要方法。CVD法是利用甲
烷等含碳化合物作为碳源,使其在基体
表面通过高温分解而生长出石墨烯带。
主要分为渗碳析碳和表面生长两种生长
机制。石墨烯带的CVD生长主要受到
生长条件、碳源和生长基体的控制。目
前制备GNRs的主要碳源是甲烷、乙烯药物载体等方面，展示了其广阔的应
用前景。研究人员分别用电子[15]、离
子束[16-17]和原子力显微镜(AFM)针尖
刻蚀的方法，制备出多种宽度的石墨
烯带或纳米缝隙(Nanogap)，并用制出
的石墨烯带做成了晶体管等器件。Lin
等[18]用2in(5.08cm)大小的石墨烯基
材料制备了晶体管，截止频率提高到
了100GHz，晶体管的图像和截面示意
石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展
石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展
燕绍九;陈翔;洪起虎;王楠;李秀辉;赵双赞;南文争;杨程;张晓艳
【摘 要】石墨烯以其优异力学、物理性能以及独特二维结构成为铝基复合材料的理想纳米增强相.金属基纳米复合材料制备技术快速发展,促进了石墨烯增强铝基纳米复合材料在结构和功能材料领域中的广泛研究.石墨烯在铝基体中的分散以及石墨烯/铝的界面控制问题具有重要科学研究和工程应用价值.重点介绍石墨烯增强铝基纳米复合材料最新研究进展,主要包括石墨烯增强铝基纳米复合材料的分散和冶金成型技术及其结构表征和力学性能研究.实验表明石墨烯能够显著提高铝基体力学性能,但作者认为通过优化工艺参数、改善微观结构和控制结合界面能够进一步优化材料性能.此外,为实现工程应用,还需加强石墨烯增强铝基复合材料的腐蚀性能和热、电性等物理性能研究,并突破材料的低成本、大规模制备技术.本文还基于石墨烯独特二维结构和表面状态,对石墨烯的增强增韧机制进行了深入讨论.
【期刊名称】《航空材料学报》
【年(卷),期】2016(036)003
【总页数】14页(P57-70)
【关键词】石墨烯;铝基纳米复合材料;制备工艺;力学性能;分散工艺;界面结合;增强机制
【作 者】燕绍九;陈翔;洪起虎;王楠;李秀辉;赵双赞;南文争;杨程;张晓艳
【作者单位】北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095
石墨烯纳米带作为复合纤维和织物的填充物具有广阔前景
石墨烯纳米带作为复合纤维和织物的填充物具有广阔前景
H.Matsumoto;S.Imaizumi;S.Masuda;Y.Konosu;M.Ashizawa;A.Tanioka;胡紫东
【摘 要】石墨烯纳米带(GNR)/碳复合纳米纤维纱是由氧化石墨烯纳米带(GONR)/聚丙烯腈(PAN)复合物静电纺,然后成功地进行加捻和碳化制得的.电子显微照片分析显示在静电纺纤维中均匀分布的纳米带沿纤维轴向高度取向.低质量分数的GONR提高了聚合物复合纳米纤维纱的力学性能.此外,碳化过程会显著增强力学和导电性能.目前,对GNR/碳复合纳米纤维的优化还没有完成.人们希望通过优化静电纺丝的条件(如在纺丝溶液中添加更多的分散均匀的或更大长径比的GONR)及碳化条件来获得更好的物理性能.GNR复合(纳米)纤维和织物可以用来增强轻质复合物.GNR/碳复合物尤其可用作燃料电池、蓄电池、超级电容器、纤维和织物型太阳能电池中的高性能电极,也可用于柔性和可穿戴的电子器件及可植入的医用设备.
【期刊名称】《国际纺织导报》
【年(卷),期】2016(044)008
【总页数】4页(P8-11)
【关键词】石墨烯纳米带;静电纺;石墨烯纳米带(GNR)/碳复合纳米纤维;力学强度;导电性能
【作 者】H.Matsumoto;S.Imaizumi;S.Masuda;Y.Konosu;M.Ashizawa;A.Tanioka;胡紫东
【作者单位】东京技术研究院(日本);东京技术研究院(日本);东京技术研究院(日本);东京技术研究院(日本);东京技术研究院(日本);东京技术研究院(日本) 【正文语种】中 文
石墨烯是一种碳原子以sp2键链接的单原子层的薄片，由于其自身的一些独有特性，如卓越的电性能、力学强度及超高的热导率，最近受到相当大的关注。石墨烯纳米带(GNR)呈狭长带状，具有高长宽比和直棱，是一种新型的准一维(1D)纳米碳。由于其新奇的电子和自旋传送性能同样也引起了关注。GNR一直是通过一种化学气相沉积(CVD)法生产的，如通过对石墨的化学处理，解压缩碳纳米管(CNT)。
石墨烯在橡胶中的应用研究进展
23《广东橡胶》2020年 第3期
石墨烯在橡胶中的应用研究进展
崔小明
摘 要：概述了石墨烯在天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等方面的应用研究进展，
指出了其今后的发展方向。
关键词：石墨烯；填料；补强；天然橡胶；硅橡胶；丁苯橡胶；丁腈橡胶；研究进展
石墨烯作为一种新型碳材料，与碳纳米管
类似，石墨烯也是由碳原子构成，不同的是，石
墨烯是一种二维片层结构的碳材料，单层石墨烯
的理论厚度为0.34nm，比表面积约为2630m2/g，
是现在所知纳米填料中最薄的一种。石墨烯正是
由于自身独特的结构特征，从 而具有许多十分
优异的性能，例如，其模量最高可达1100GPa，
导热系数达5300W/（ｍ•Ｋ），电导率高达106S/m
除此之外，石墨烯还有很好的透光性和气体阻隔
性。与其他填料如炭黑、白炭黑、碳纳米管、粘
土等相比，石墨烯具有更高的比表面积、强度、
弹性、热导率和电导率等，用作增强剂可极大地
改善橡胶材料的电学性能、力学性能、热学性能
等。概述了石墨烯在天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡
胶、丁腈橡胶等方面的应用研究进展，指出了其
今后的发展方向。
1 在天然橡胶方面的应用
王经逸等[1]用离子液体(1-丁基-3-甲基咪
唑六氟磷酸盐)改性氧化石墨，研究了其对天然
橡胶(NR)硫化胶物理机械性能和导热性能的影
响。结果发现，离子液体成功插入到氧化石墨片
层中，得到了改性的氧化石墨烯(GO-ILs)；当填
充GO-ILs的质量为0.5份时，NR硫化胶的物理机
械性能达到最佳，相比未填充者，硫化胶的100%
和300%定伸应力以及拉伸强度和撕裂强度分别提
高了51%、86%、6%和36%。GO-ILs使得NR硫化胶
的储能模量和玻璃化转变温度下降，导热性能提
高；当GO-ILs质量达到4份时，NR硫化胶的导热
系数与未填充者相比可增加91%。
刘尧华等[2]采用乳液共混和原位还原法制备了NR/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料，研
究了γ射线辐照对复合材料力学性能和热稳定
双弯曲对称石墨烯纳米带的热电性质
第２６卷第３期 ２０１３年９月 湖南理工学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＨｕｎａｎ Ｉｉ，．ｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｖ０Ｉ．２６ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１３
双弯曲对称石墨烯纳米带的热电性质
李科敏，汪水苗，谢 超，刘曼林，周魁葵
（湖南理工学院物理与电子学院，湖南岳阳４１４００６）
摘要：运用非平衡格林函数方法，研究了双弯曲对称石墨烯纳米带结构中的电子和声子输运规律．研究结果表明： 两种双弯曲对称石墨纳米带对应的ｚ 值可以远大于相应理想石墨纳米带对应的值；同时发现，两种双弯曲对称石墨纳米带 对应ＺＴ的最大值非常敏感地依赖于其散射区的长度和宽度的变化． 关键词：石墨烯纳米带；热功率； 因子；热电性质 中图分类号：０４８４－３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２．５２９８（２０１３）０３．００５８．０５
Ｔｈｅ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｂｅｎｄ
Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｎａｎｏｂｅｌｔｓ
ＬＩ Ｋｅ—ｍｉｎ，ＷＡＮＧ Ｓｈｕｉ．ｍｉａｏ，ＸＩＥ Ｃｈａｏ，ＬＩＵ Ｍａｎ—ｌｉｎ，ＺＨ０Ｕ Ｋｕｉ ｋｕｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｕｅｙａｎｇ ４１４００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｎｄ ｐｈｏｎｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｂｅｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｂｅｌｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｎｏｎ・ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｇｒｅｅｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ＺＴ ｆａｃｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｂｅｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｂｅｌｔ ａｒｅ ｍａｃｈ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｉｄｅａｌ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｎａｎｏｂｅｌｔ．Ｗｅ ａｌｓｏ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ＺＴ ｆａｃｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆｄｏｕｂｌｅ ｂｅｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｂｅｌｔ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆｔｈｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｚｏｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｂｅｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｂｅｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｂｅｌｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ；ＺＴ ｆａｃｔｏｒ；ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
石墨烯晶体管研究进展
石墨烯晶体管研究进展
李昕;郭士西;宋辉;李全福;师俊杰;方明;王小力;刘卫华
【摘 要】针对集成电路的特征尺寸小于10 nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状.分析认为:石墨烯平行纳米带阵列结构和异质结结构有望打开石墨烯禁带以实现大的电流开关比,将是石墨烯数字晶体管的研究热点;通过降低接触电阻、接入电阻以及衬底、栅介质的匹配来提高截止频率和最大振荡频率将是石墨烯射频晶体管的主要发展趋势;基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底和离子凝胶栅介质的柔性制造技术,最有希望在保证石墨烯高迁移率的基础之上实现全石墨烯透明柔性电路,使石墨烯晶体管得以实用,必将对集成电路行业产生巨大影响.
【期刊名称】《西安交通大学学报》
【年(卷),期】2014(048)010
【总页数】9页(P1-8,48)
【关键词】石墨烯晶体管;禁带;截止频率;最大振荡频率;柔性晶体管
【作 者】李昕;郭士西;宋辉;李全福;师俊杰;方明;王小力;刘卫华
【作者单位】西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安 【正文语种】中 文
【中图分类】TN304.9
随着后摩尔时代的到来,集成电路制造技术不断改进,极紫外(EUV)光刻的引入,将特征尺寸大幅度减小,下一代硅基集成电路的特征尺寸将达到15 nm,甚至10 nm以下[1]。但是,随之而来的短沟道效应和介质隧穿效应等的影响,以及制造难度的提升,将很难得到特征尺寸小于10 nm的性能稳定的电路产品[1]。所以急需研究开发基于新材料、新结构和新工艺的器件。
石墨烯／纳米银复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯／纳米银复合材料的制备及应用研究进展
综述了石墨烯/纳米银复合材料的制备方法及应用，讨论了其在导电、导热和生物医学等方面的应用，展望了石墨烯/纳米银复合材料的研究方向和发展前景。
标签：石墨烯；复合材料；纳米银；制备及应用
石墨烯作为一种由单层单质原子组成的六边形结晶碳材料，其特殊性能的应用一直是近几年研究的重点。但是石墨烯的生产效率低，需经常将其进行改性，达到以较少的添加量获得更好性能的目的。其中，纳米银的出现在一定程度上扩大了石墨烯在导电[1]，导热方面的应用。而且纳米银的生产效率高，很好地解决了石墨烯/纳米银的生产问题，为石墨烯在诸多技术领域的应用拓展了空间[2]。
金属粒子由于含有自由移动的电子和极大的比表面积，在导电性和导热性方面有着出色的表现。而纳米银颗粒，纳米银棒，纳米银线则可以在复合基体中形成网络通路，提高材料的导电性和导热性。
1 石墨烯/纳米银复合材料的制备方法
目前，石墨烯掺杂纳米银复合材料可以根据纳米银的形貌特征分为石墨烯/纳米银颗粒复合材料和石墨烯/纳米银线复合材料。纳米银的加入使得石墨烯复合材料的导电性和导热性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。
1.1 机械共混法
机械共混法可分为搅拌法和熔融共混法。刘孔华[4]利用搅拌法制备得到石墨烯/纳米银线杂化物，在50 ℃下搅拌，升温至210 ℃，最后降至常温得到石墨烯/纳米银线杂化物。熔融共混法是利用密炼机或者挤出机的高温和剪切作用力下将石墨烯、纳米银和基材熔融后，共混得到石墨烯/纳米复合材料。该方法用途广泛，适用于极性和非极性聚合物和填料的共混。并且纳米银的烧结温度在180 ℃，对于纳米银颗粒可以烧结形成一定规模的网络结构。此方法制备的复合材料所需时间短，且纳米银线是单独制备，所以可以单独控制纳米银线的长度和长径比。但是由于是机械共混，纳米银在石墨烯材料中的分散性不是很好，且容易发生团聚，达不到形成大量网络结构的目的。
边界掺Be原子石墨纳米带的自旋输运性质研究
第３５卷第１期 ２０１２年２月 浙江师范大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ．Ｓｅｉ．） Ｖｏ１．３５．Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１２
文章编号：１００１－５０５１（２０１２）Ｏｌ－００６５－０５
边界掺Ｂｅ原子石墨纳米带的自旋输运性质研究
吴婷婷 ， 王雪峰 ， 蒋永进 ， 周丽萍
（１．浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华３２１００４；２．苏州大学物理科学与技术学院，江苏
苏州２１５００６）
摘要：采用基于第一性原理和非平衡格林函数的输运计算方法，研究了４个原子宽度锯齿（ｚｉｇｚａｇ）型纳米带
在边界掺Ｂｅ原子时对输运性质的影响．结果发现：石墨纳米带呈半导体特性，杂质原子抑制了附近原子的局
域磁性，改变了完整纳米带的电子结构，２种自旋电子将表现出不同的透射情况，且在费米面附近尤为明显．
通过计算散射区的分子自洽哈密顿量（ＭＰＳＨ）能谱，发现２种自旋电子能级不再简并，在外加偏压下纳米带 产生自旋极化电流．同时，在偏压低于１．５ Ｖ时，其中１种自旋电子出现负微分电阻现象（ＮＤＲ）．
关键词：电子输运；石墨烯纳米带；掺杂；自旋极化；负微分电阻
中图分类号：０４８８；０４６９ 文献标识码：Ａ
Ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ Ｂｅ ｅｄｇｅ－ｄｏｐｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎ
ｗｕ Ｔｉｎｇｔｉｎｇ －ＷＡＮＧ Ｘｕｅｆｅｎｇ ，ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇｊｉｎ ，ＺＨＯＵ Ｌｉｐｉｎｇ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭａｔｈｅｍａｔｗｓ－Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｈｕａ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３２１００４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＰｈｙｓｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｏｃｈｏｗ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｊ￣ａｎｇｓｕ ２１５００６．Ｃｈｉｎａ）
不同宽度锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究
第２０卷第ｌ２期
２０１０年ｌ２月 长春大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＡＮＧＣＨＵＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖ０Ｊ．２Ｏ Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２０１０
不同宽度锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究
毕冬梅，赵利军，付志雄
（长春大学理学院，吉林长春１３２００２２）
摘要：采用第一原理密度泛函理论，研究了不同宽度边缘饱和（氢原子）一维石墨片纳米带的电学性质。研究表
明：对于所有宽度锯齿型纳米带，其几何结构和电子结构与碳纳米带的宽度密切相关。这为揭示纳米带尺寸效应
提供了一条切实可行的道路。
关键词：密度泛函理论；石墨烯纳米带；电子结构
中图分类号：ＴＢ３８３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—３９０７ｆ２０１０）１２—００６３—０３
Ｏ 引 言
自２００４年英国曼彻斯特大学的Ｇｅｉｍ等人成功制备出石墨烯以来。人们才获得了真正意义上的二维形
式的碳（ｇｒａｐｈｅｎｅ），石墨烯的研究热潮由此宣告开始，成为目前材料研究领域最前沿课题之一¨ Ｊ。石墨烯
是指单层碳原子密堆排列成二维（２Ｄ）正六边形蜂窝状点阵所形成的材料，它是构成石墨的基本单元。ＧＮＲ
在微电子器件的实际制造过程中更具有使用价值和研究意义。英国Ｇｅｉｍ小组制作成由ＧＮＲ组成的电路系
统，发现ＧＮＲ显示出很强的双极电场效应；日本Ｔａｄａ和Ｗａｔａｎａｂｅ采用含时密度泛函计算了ＧＮＲ的场发
射，发现场发射电流的主要贡献来自于清洁的ＧＮＲ边缘悬挂键。清华大学的Ｈｕａｎｇ等人 就通过在锯齿
型石墨烯纳米带边界掺杂Ｎ或Ｂ原子的研究，发现通过在锯齿型石墨烯纳米带边界进行有选择的掺杂，可
以构建出包含从金属到半导体再到金属转变同质结的场效应晶体管。
虽然从严格意义上来讲，石墨烯应该是二维无限大的，但在具体应用中材料尺寸是有限的。当石墨烯的
尺寸被裁剪至１００ｎｍ以下时，由于限域效应，石墨烯将呈现半导体性。因此，石墨烯的剪裁产物（如：石墨烯
纳米带）及其他变体在微电子技术与器件等领域将更具有实际意义 Ｊ。
石墨烯带的电子输运性质【毕业作品】
毕-论
业-文
（20 届）
石墨烯带的电子输运性质
所在学院
专业班级 物理学
学生姓名 学号
指导教师 职称
完成日期 年 月
I 摘 要
【摘要】石墨烯是一种二维晶体，它在2004年由曼彻斯特大学的实验小组首次制备出。这种物质只含有一个原子的厚度，使其性质展现出与常规材料的极大不同，具有极高的导电性，目前这种物质已经成为凝聚态物理研究的热点之一。本文简要介绍了和石墨烯有关的碳材料，然后重点介绍了石墨烯的晶体结构、物理性质和制备方法。最后，本文讨论了Armchair型石墨烯纳米带含有两个空位的情况下电导与能量的关系。结果表明，在纳米带宽度一定下，两空位原子的相对位置对电导也造成重要影响。
【关键词】碳单质；Armchair型石墨烯；纳米带电导；空位。
II
Abstract
【ABSTRACT】Graphene is a kind of two-dimensional crystal, first made by the team from Manchester
university in 2004. Its width just consists of one atom. Therefore, it appears great difference from common
materials, and it has a very high conductivity. So far, this material has become one hot pot of condensed
matter physics research. This article simply introduces carbon materials relating to graphene, and introduces
氮掺杂扶手型石墨烯纳米带的第一原理研究
第２７卷第６期 ２０１１年６月 吉林工程技术师范学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１１
氮掺杂扶手型石墨烯纳米带的第一原理研究
毕冬梅
（长春大学理学院，吉林长春１３００２２）
［摘要］石墨烯纳米带是一个极具应用前景的材料。本文利用密度泛函理论讨论了氮原子掺杂扶手 型石墨烯纳米带的几何结构和电子结构。我们以１ ｎｍ宽边缘采用氢原子饱和的石墨片纳米带为研究 对象。研究结果表明：对扶手型石墨片纳米带，几何结构和电子结构敏感于掺杂的氮原子。氮原子在纳 米带边缘的取代使得在费米面附近产生较大的能隙。即可通过掺杂氮原子使扶手型石墨烯纳米带体系 的半导体性增强。 ［关键词］石墨烯纳米带；第一原理；密度泛函理论 ［中图分类号］０４６９ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００９－９０４２（２０１１）０６－００６４－０２
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ－Ｄｏｐｅｄ Ａｒｍｃｈａｉｒ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ
ＢＩ Ｄｏｎｇ－ｍｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｊｉｌｉｎ １３００２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｓｔｒｉｐｓ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａ１．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｒｅｐｏｒｔ ａ ｄｅｎ— ｓｉｔｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｏｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｒｍｃｈａｉｒ ｇｒａ—
ｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｆｉｂｂｏｎｓ ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｎｉ￣ｏｇｅｎ ａｔｏｍｓ．Ｗｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ ｗｉｔｈ ｗｉｄｔｈ ｏｆ １ ｎｍ．Ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ ｒｅｖｅａｌｓ：ｆｏｒ ａｒｍｃｈａｉｒ ｎａｎｏｆｉｂｂｏｎｓ，ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｅ—