六方氮化硼和石墨烯的制備及表界面物理力學(xué)研究.pdf

1、二維原子晶體材料具有的平面層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì)使得其成為近些年的研究熱點(diǎn)。大面積高質(zhì)量單層石墨烯和六方氮化硼的可控生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移是研究其宏觀性質(zhì)及應(yīng)用的基礎(chǔ)。這里我們以石墨烯和六方氮化硼兩種二維原子晶體材料為主，面向宏觀功能應(yīng)用，通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法制備大面積高質(zhì)量單層石墨烯和六方氮化硼，針對(duì)其功能涂層性質(zhì)、親疏水性、多層石墨烯的氣流致生電效應(yīng)以及氧化鋅納米薄膜中的波動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)深入地研究，取得如下主要研究進(jìn)展：
　　1.單

2、層六方氮化硼的可控生長(zhǎng)及其抗氧化、減摩擦的涂層性質(zhì):我們系統(tǒng)地研究了六方氮化硼在銅孿晶上的化學(xué)氣相沉積行為。發(fā)現(xiàn)在無(wú)氧環(huán)境下六方氮化硼傾向于在孿晶窄帶上生長(zhǎng)。引入氧可以有效抑制這種選擇性，實(shí)現(xiàn)均勻生長(zhǎng)。第一性原理計(jì)算揭示其原因是氧輔助下前驅(qū)物分子的脫氫能壘的降低。此外，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的高質(zhì)量大面積單層六方氮化硼能顯著的調(diào)節(jié)基底表面的摩擦、氧化以及絕緣性能。結(jié)合六方氮化硼高的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，這些優(yōu)異的涂層性質(zhì)使其在功

3、能涂層材料方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。
　　2.六方氮化硼和石墨烯與基底材料無(wú)關(guān)的獨(dú)特潤(rùn)濕性能:我們研究揭示出新生長(zhǎng)的六方氮化硼薄膜的接觸角和基底材料以及六方氮化硼層數(shù)無(wú)關(guān)。第一性原理計(jì)算和范德華作用分析證實(shí)單層六方氮化硼可以有效地調(diào)節(jié)水分子和不同基底間的作用，而使得不同基底材料具有表觀趨同的疏水性。暴露在空氣中后，由于表面吸附空氣中的有機(jī)分子，六方氮化硼和石墨烯的接觸角都會(huì)單調(diào)增加，很快達(dá)到一個(gè)與基底材料無(wú)關(guān)的飽和值。這一飽和接觸角對(duì)

4、基底材料、層數(shù)以及溶液離子種類(lèi)等多個(gè)因素的變化都幾乎沒(méi)有響應(yīng)，并在長(zhǎng)達(dá)八個(gè)月的實(shí)驗(yàn)跨度內(nèi)保持不變，顯示了其潤(rùn)濕統(tǒng)一性和穩(wěn)定性。這一特殊的單原子層覆層的潤(rùn)濕性質(zhì)具有重要的實(shí)用性。
　　3.多層石墨烯的Seebeck系數(shù)與氣流致生電以及氧化鋅納米薄膜的波動(dòng)勢(shì)：我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)轉(zhuǎn)移-堆疊制備的1-8層石墨烯Seebeck系數(shù)在第六層時(shí)達(dá)到最大值，是單層石墨烯的1.8倍，而其氣流致生電電壓在第五層達(dá)到最大值，是單層石墨烯的1.9倍。我們?cè)谑?/p>