一直以來,電子和離子輸運(yùn)行為的研究是人類解決材料本征結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的核心環(huán)節(jié)。隨著材料納米化低維化的快速發(fā)展,二維組裝薄膜因其維度受限、高比表面積、易于調(diào)控等諸多優(yōu)點(diǎn),成為電子和離子輸運(yùn)行為研究完美的材料平臺(tái)。通過對(duì)二維組裝薄膜進(jìn)行物理和化學(xué)手段的修飾,有望實(shí)現(xiàn)電子和離子輸運(yùn)行為的有效調(diào)控,從而最終實(shí)現(xiàn)二維組裝材料的功能最優(yōu)化。在本論文中,作者基于電子和離子輸運(yùn)特性為研究對(duì)象,獲得了相關(guān)二維組裝薄膜電學(xué),磁學(xué),光學(xué)行為的有效調(diào)制,最終獲得了新奇的電子輸運(yùn)特性和優(yōu)秀的電化學(xué)性能。具體來說,作者利用價(jià)態(tài)調(diào)控、氧缺陷、高分子組裝等多種方法,使得基于二維納米組裝薄膜響應(yīng)性和功能性顯著增強(qiáng)。本論文為二維組裝薄膜電子和離子輸運(yùn)的調(diào)制策略并實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的機(jī)敏響應(yīng)和電化學(xué)性能提供了新的思路。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.迄今為止,電子態(tài)轉(zhuǎn)變尤其是金屬絕緣體相變（MIT）提供了眾多電子輸運(yùn)特性,在能源應(yīng)用和智能器件中引起了很大的關(guān)注。但是直到目前很少有金屬氧化物具有在室溫附近的電子態(tài)轉(zhuǎn)變。作者基于價(jià)態(tài)調(diào)控二維δ-MnO₂,首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了二維面內(nèi)Mn（Ⅲ）-O-Mn（Ⅳ）錳氧雙... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?ＨＳ－ｒＧＯ和ＬＳ－ｒＧＯ納米片的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)

的超順磁二維石墨烯。對(duì)于具有鐵磁的二維石墨烯而言，由于磁疇之間相互作用??強(qiáng)，在未施加外界磁場(chǎng)的情況下自旋已經(jīng)排列整齊，自旋相干散射弱，于是在加??外磁場(chǎng)時(shí)機(jī)敏響應(yīng)很弱，電學(xué)行為（磁阻）變化較小，如圖１．２ａ所示。對(duì)于超??順磁二維石墨烯而言，由于磁疇之間相互作用弱，零場(chǎng)時(shí)自旋排列雜亂；而在低??磁場(chǎng)下磁疇實(shí)現(xiàn)自旋翻轉(zhuǎn)，在外場(chǎng)下容易產(chǎn)生機(jī)敏響應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的負(fù)磁阻效??應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電學(xué)行為調(diào)制。于是，在３００?Ｋ時(shí)，這種超順磁二維石墨烯在外磁場(chǎng)為??５００?Ｏｅ時(shí)達(dá)到８．６?％的負(fù)磁阻值，如圖１．２ｂ所示。該工作通過表面處理改變磁疇??之間相互作用，從而調(diào)控二維石墨烯在外場(chǎng)下電學(xué)行為，產(chǎn)生了室溫附近低場(chǎng)負(fù)??磁阻效應(yīng)，這為二維石墨烯組裝結(jié)構(gòu)構(gòu)建自旋電子器件的實(shí)際應(yīng)用邁進(jìn)了堅(jiān)實(shí)的??一步。??同樣地，對(duì)于二維層狀材料而言，單原子摻雜也是組裝二維納米結(jié)構(gòu)從而實(shí)??現(xiàn)電學(xué)行為調(diào)制的一個(gè)強(qiáng)有力的手段＋１７］。電學(xué)行為調(diào)制的過程相應(yīng)地會(huì)發(fā)生電??子和離子輸運(yùn)行為的變化

純二維石墨烯本身是沒有磁性的，阻礙了二維石墨烯在磁學(xué)行為中的研宄??和應(yīng)用［８７］。為此，Ｇｏｎｚａｌｅｚ－Ｈｅｒｒｅｒｏ等通過原子級(jí)別的氫修飾誘導(dǎo)石墨烯產(chǎn)生了??磁性，如圖１．５所示［１９］。具體來說，他們采用ＳＴＭ探針操控氫原子進(jìn)行了原子??級(jí)別的修飾，成功的將氫原子修飾在了純的二維石墨烯的表面，如圖１．５ｂ。同時(shí)??他們結(jié)合第一性原理計(jì)算證實(shí)了氫原子的修飾能夠使得二維石墨烯產(chǎn)生磁矩。而??且這種原子級(jí)別的精確的修飾能夠選擇性的在石墨烯表面產(chǎn)生磁性，顯示出了巨??大的應(yīng)用潛力。因此，通過氫修飾能夠有效的將二維納米材料精確組裝，可以成??功地帶來磁學(xué)行為的變化。??ＳＴＭ?ｔｉｐ??Ｗ１ＰＴ：??－２?５?０?＋３?５??Ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｔｏ?Ｈ?［ｎｍ］??＿?議??Ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｔｏ?Ｈ?（ｎｒｎ）?｛?Ｓｐ?ｎ?ｄｏｗｎ??圖ｌ．Ｓ在純的二維石墨烯中引入氫原子，引起了自旋極化電子態(tài)的空間延伸。（Ａ）沿??導(dǎo)電圖［ｄＩ／ｄＶ（ｘ，Ｅ）］（Ｂ）中的虛線，光譜由標(biāo)準(zhǔn)結(jié)阻抗３?ｇｉｇａｏｈｍｓ?（１００?ｍＶ，?３３?ｐＡ）獲得。（Ｂ）??二維石墨烯上單個(gè)氫原子的ＳＴＭ形貌（０．２?Ｖ，?０．１?ｎＡ，?７Ｘ５?ｎｍ２）。（Ｃ）?ＤＦＴ計(jì)算出的磁矩??ＤＯＳ（ＰＤＯＳ）峰值的高度的比較。（Ｄ）計(jì)算由氫的化學(xué)吸附作用產(chǎn)生的磁矩（箭頭的長度表??示相對(duì)的磁矩的大�。＃ǎ牛┭兀ǎ拢┲械奶摼�得到的二維石墨烯結(jié)構(gòu)的示意圖。綠色（紫色）??球表示碳的位置屬于相對(duì)氫的軌跡相同或相對(duì)于晶格原子化學(xué)吸附。虛線表示測(cè)量高度的演??變，箭頭顯示了相對(duì)磁性的貢獻(xiàn)每個(gè)碳原子。所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在溫度為５?Ｋ時(shí)獲得。??另外


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