理论教育 超薄石墨烯纳米带与其边缘效应研究

超薄石墨烯纳米带与其边缘效应研究

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:典型的sp2碳纳米材料结构规整有序,包括零维富勒烯、一维碳纳米管和二维石墨烯。超薄纳米石墨烯被称为石墨烯纳米带。藤田光孝集团首次引入石墨烯纳米带的理论模型,检测了石墨烯的边缘和纳米尺寸效应[中田等,1996;若林等,1999]。

超薄石墨烯纳米带与其边缘效应研究

什么是纳米纳米技术?纳米技术是在过去的几十年间进入现代科学的。理查德·费曼教授(Richard Feynman)所做的“物质底层大有空间”这一富有传奇色彩的演讲使得纳米技术进入了现代科学。费曼的研究成果由谷口(Tanigu-chi)命名为纳米技术。纳米技术成为未来的主题,解决了本世纪许多令人棘手的问题。

纳米材料是由直径为1~100nm的粒子按顺序组成或合并而成的。在这样的尺寸下,材料的物理化学特性敏感地取决于粒子的直径。纳米技术可以被定义为:

通过在纳米范围内控制大小和形状(原子、分子和大分子),来设计、表征、生产与应用材料的结构、设备和系统,使研制的结构、设备和系统至少有一个新的/优越的特性或属性。

纳米世界不仅是尺寸缩小的世界,在纳米世界中不同的材料会表现出新的且往往让人意想不到的性能。因此,人们开始不断地寻找和合成每一个元素、聚合物和化合物的纳米颗粒,这也导致了纳米石墨烯的发现。

纳米技术并非新兴事物,马哈希·卡纳德(Maharshi Kanad,公元前600年)被认为是原子理论的创始人,是探索“空间底层”的第一人。纳米金属的概念也始于炼金术士的金锡紫。但在印度,纳米金属的概念是在古代由阿育吠陀得以充分开发和利用的。恰拉克集(Charak Samhita)(内科纲要)和妙闻集(Sus-hruta Samhita)(外科纲要)是医神檀凡陀厘(Lord Dhanvantari)给予人类的礼物,阿查里雅查·恰拉克(Acharya Charak)和阿查里雅·苏胥如塔(Acharya Sushruta)分别是这两门知识的传播者。阿育吠陀最关心的事之一就是贵金属bhas-ma。古代教师并未忽视以“bhasma”形式存在的纳米粒子,这令人崇拜。

然而,正如达芬·奇对载人飞行的探索与航空工业发展只有一点儿历史联系一样,中世纪时代的纳米技术与现代纳米技术的前身并无太多联系,而后者源于理查德·费曼的一次演讲(1959)。(www.daowen.com)

纳米石墨烯:在纳米石墨烯(NG)进入纳米技术和纳米科学领域之前,许多不同类型的碳纳米材料(CNM)已得以研发,如富勒烯、单壁和多壁碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米微球、碳纳米洋葱、碳纳米锥等。

理查德·费曼

基于它们的成键结构,碳纳米材料(CNM)分为sp2碳纳米材料和sp3碳纳米材料。典型的sp2碳纳米材料结构规整有序,包括零维(0D)富勒烯、一维(1D)碳纳米管(CNTs)和二维(2D)石墨烯。

富勒烯和石墨烯的发现分别于1996年[克罗托等(Kroto et al.)获诺贝尔化学奖)]和2010荣获诺贝尔奖[海姆和诺沃肖洛夫(Geim and Novoselov)获诺贝尔物理学奖]。

超薄纳米石墨烯(宽度小于5nm)被称为石墨烯纳米带(GNR)。藤田光孝集团(1996)首次引入石墨烯纳米带的理论模型,检测了石墨烯的边缘和纳米尺寸效应[中田等(Nakada et al.),1996;若林等(Wakabayashi et al.),1999]。

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