石墨烯的自组装形貌演变与功能化结构设计

发布时间：2023-05-17 21:49

　　近些年来,高质量、大面积的石墨烯因其优秀的力学、电学、光学等性能,在纳米科学领域备受关注,在纳米器件、生物医药、储能材料等方面都取得了突破性的进展,并开始从实验室测试转向实际应用。这些发展与应用从根本上得益于石墨烯完美的二维纳米结构,而材料自组装与结构密切相关。石墨烯的自组装研究开启了二维原子材料自组装的大门。如何利用石墨烯的自组装行为,制备具有特定结构和功能的石墨烯纳米工业器件,成为该领域的研究热点,它不仅为石墨烯自身的应用提供了新的思路,也为石墨烯与其它纳米或大分子材料的复合结构发展奠定了基础。目前,有关石墨烯的自组装研究已经有了一些发展,但大多数研究仅局限于制备工艺,对石墨烯在自组装过程中出现的微观结构、性能演变及驱动机理没有给予足够的重视,且对基于这种自组装行为的功能化应用的探索仍不够深入。本文结合了分子动力学和第一性原理两种计算模拟方法,以石墨烯在外来物质诱导下出现的自组装形貌演变为研究重点,系统地对石墨烯的自组装螺旋、解螺旋、和功能化应用进行了全面的研究。构建了从石墨烯自组装机理研究、行为调控到进一步模型设计的计算模拟思路,并展望了其在多个领域中的潜在应用前景。主要结论如下...

【文章页数】：190 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
本文的创新点
第一章 前言
    1.1 引言
    1.2 石墨烯概况
        1.2.1 石墨烯的常见类型及制备
        1.2.2 石墨烯的性能与潜在应用
        1.2.3 石墨烯的热力学不稳定性与自组装
    1.3 自组装行为及应用概述
        1.3.1 自组装原理与特点
        1.3.2 自组装过程的几种驱动力
        1.3.3 自组装的分类及应用
    1.4 石墨烯的自组装研究现状
        1.4.1 有关石墨烯生长的自组装研究
        1.4.2 利用石墨烯作为原料的自组装研究
        1.4.3 基于石墨烯自组装演变的功能化结构设计
    1.5 本课题的研究意义和主要内容
第二章 研究方法
    2.1 引言
    2.2 分子动力学方法
        2.2.1 分子动力学基本概述
        2.2.2 本课题使用的几种势函数/力场
        2.2.3 系综与控温控压方法
        2.2.4 牛顿运动方程与Velocity-Verlet算法
        2.2.5 分子动力学计算步骤
    2.3 密度泛函方法
        2.3.1 密度泛函基本理论
        2.3.2 量子输运与非平衡格林函数
        2.3.3 电子输运计算步骤
第三章 石墨烯纳米带的自组装螺旋演变
    3.1 引言
    3.2 模型构建与计算参数
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 石墨烯纳米带的自组装与多螺旋现象
        3.3.2 螺旋自组装过程中的纳米带构型变换
        3.3.3 螺旋自组装与自发构型变换的机理
        3.3.4 螺旋自组装的结果预测模型
        3.3.5 基于螺旋自组装的功能化设计与应用展望
    3.4 本章小结
第四章 石墨烯纳米带的自组装解螺旋与螺旋振荡
    4.1 引言
    4.2 模型构建与计算参数
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 掺杂氮化硼的石墨烯纳米带的自组装解螺旋与类简谐振荡
        4.3.2 纳米带解螺旋与振荡的机理
        4.3.3 影响纳米带解螺旋的因素
        4.3.4 基于自组装螺旋振荡的电学应用研究
    4.4 本章小结
第五章 章鱼形石墨烯抓取器的功能化结构设计与自组装应用
    5.1 引言
    5.2 模型构建与计算参数
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 章鱼形石墨烯自组装抓取目标的动力学演变过程
        5.3.2 石墨烯抓取器的自组装应用机理
        5.3.3 石墨烯结构、目标粒子结构、外界温度等因素对自组装抓取的影响
        5.3.4 石墨烯抓取器的循环使用和应用展望
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录
    附录(Ⅰ): 攻读博士学位期间发表的论文
    附录(Ⅱ): 参与项目
    附录(Ⅲ): 获得奖励
外文文章
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3818065