發(fā)布時間：2020-10-11 04:05

　　 石墨烯是碳二異烯烴的二維單原子層,是二十一世紀熱門的新材料,由于其卓越的電荷傳輸、熱學、光學和力學性能而受到了全世界的關注。這些屬性起源于其能帶結構中的維度效應和電子調制,石墨烯及其衍生物正在諸多的科學和工程領域進行研究。最近的進展表明,石墨烯基復合材料可以對電子和光電器件、化學傳感器、納米復合材料和能量儲存產生深遠的影響。其中,石墨烯及其衍生物與鍺金屬襯底、貴金屬硫化物復合結構的相關物理作用機制也是本領域的重要研究內容之一。本論文的主要研究內容如下:(1)研究了氧化石墨烯/氫鈍化的鍺-111襯底體系。重點研究其能帶結構、電荷分布等性質。采用vdW-DF2的方法計算了氧化石墨烯在襯底穩(wěn)定存在的可能性。研究結果給出了體系的能量與體系中各自成分的電子結構,發(fā)現(xiàn)了在界面位置存在著二維電子氣。(2)研究石墨烯/貴金屬硫化物異質結構。應用第一性原理的方法研究石墨烯/二硫化鉑與石墨烯/二硫化鈀兩種異質結構的體系能量、能帶結構與電荷分布。計算了這兩種體系中各成分在不同晶格取向下結合后,界面夾角對體系整體以及各成分能量、能帶結構和電荷分布的作用。研究發(fā)現(xiàn),石墨烯/貴金屬二硫化物異質結構在存在界面夾角的情況下會產生很小的肖特基勢壘,石墨烯與貴金屬二硫化物的接觸類型為準歐姆接觸。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11;TB33
【部分圖文】：

１．１石墨烯的發(fā)現(xiàn)??為了滿足Ｕ益增長的對經濟和高性能設備的需求，研究人員從來沒有停止過??尋找新材料來將其納入下一代設備。近年來，石墨烯二維材料因為其非常特殊的??性質而受到很大程度的關注，在新型器件屮冇著重耍的應用前貴ＩＵ３１。二維分層??材料現(xiàn)在是材料科學，凝聚態(tài)物理和化學中最活躍的領域之？－。碳納米結構足納??米技術領域的領先材料。碳材料的發(fā)現(xiàn)和研究，對現(xiàn)代科學技術的進步作出了爪??大貢獻。研究人員發(fā)現(xiàn)富勒烯和單壁碳納米管（ＣＮＴ）分別是零維和？維碳納米??材料，試圖從二維品體中分離二維石墨材料或制造－維納米帶。從．：十世紀初開??始，Ｇｅｉｍ和Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ?Ｗ第一次系統(tǒng)地丫闡述丫石墨烯晶體管的隔離和電特性。??從足球如富勒烯（Ｃ６０）到單原子厚度的碳平面（稱為石墨烯）到“卷起”管狀石??墨烯忭，這些納米結構中的人多數(shù)僅山ｓｐ２雜化碳原了？纟丨丨．成。這鳴類石■烯結構??的原子結構雖然都山ｓｐ２碳組成，怛化學物理性質不Ｎ。從對石糶烯和石墨的屯??子性質的最早的理論研究來看，石墨具有…些不尋常的性質己經變得更加清楚丫??［５１。后來，石墨，石墨烯和碳納米管的許多性能己經逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，例如石墨??。??

因此．未摻雜的石墨烯是一種零帶隙半導體。譜帶的線性色散導致產生零??質量的準粒子，即所謂的狄拉克費米子在接近退化點的能量處，其電子態(tài)形成完美??的狄拉克錐，如圖１．３所示。但由于石墨烯沒有帶隙，阻止狄拉克費米子獲得有限??的質量并使電子器件中石墨烯的使用復雜化［７１，這與石墨烯的兩個碳原子晶格的??等價性有關。石墨烯的在狄拉克點處的費米速度約為１０６?ｍ／ｓ，并且石墨烯的電子??在軌道中移動時，不會因為外來原子的引入或缺陷而散射。石墨烯的載流子具有??很高的遷移率，在室溫下可以達到１０倍于商用硅片的１５０００?ｃｍ２／Ｖ２ｓ，且隨著溫度??的升高會有顯著的提高。因此，石墨烯實現(xiàn)了亞微米尺度的彈道輸運，且受溫度和??２??

ｆｒｏｍ?ＨＯＰＧ?修，，欠?、??：ｒ?Ｍ?＾?＾??圖１．２使用膠帶分離從高定向熱解石墨中獲得石墨烯??１．２石墨烯的結構和電子性質??無缺陷、無修飾的本征的石墨烯中碳原子按六元環(huán)的排列方式，形成一個密??集的六方蜂窩狀晶體結構，在常溫時會呈現(xiàn)一定的褶皺。和石墨類似，石墨烯的碳??原子和最近鄰的三個碳原子以ｓｐ２雜化形式形成三個〇共價鍵，剩余一個未成鍵??的電子，在和片層相垂直的軌道上貢獻一個強作用的７１鍵，ＪＴ電子因為未受到中心??離子實的束縛，可以在晶體里自由移動，這是石墨烯具有極高遷移率的根本原因。??石墨烯片在其原始晶胞中具有兩個晶體學等效原子的蜂窩結構。兩個帶有ｐＺ??字符的波段屬于不同的可簡化表示，它們恰好在Ｋ和Ｋ’處的費米能量處交叉點動??量空間。因此．未摻雜的石墨烯是一種零帶隙半導體。譜帶的線性色散導致產生零??質量的準粒子，即所謂的狄拉克費米子在接近退化點的能量處，其電子態(tài)形成完美??的狄拉克錐
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本文編號：2836039