發(fā)布時間：2023-05-17 21:49

　　近些年來,高質(zhì)量、大面積的石墨烯因其優(yōu)秀的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能,在納米科學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注,在納米器件、生物醫(yī)藥、儲能材料等方面都取得了突破性的進(jìn)展,并開始從實(shí)驗室測試轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用。這些發(fā)展與應(yīng)用從根本上得益于石墨烯完美的二維納米結(jié)構(gòu),而材料自組裝與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。石墨烯的自組裝研究開啟了二維原子材料自組裝的大門。如何利用石墨烯的自組裝行為,制備具有特定結(jié)構(gòu)和功能的石墨烯納米工業(yè)器件,成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),它不僅為石墨烯自身的應(yīng)用提供了新的思路,也為石墨烯與其它納米或大分子材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前,有關(guān)石墨烯的自組裝研究已經(jīng)有了一些發(fā)展,但大多數(shù)研究僅局限于制備工藝,對石墨烯在自組裝過程中出現(xiàn)的微觀結(jié)構(gòu)、性能演變及驅(qū)動機(jī)理沒有給予足夠的重視,且對基于這種自組裝行為的功能化應(yīng)用的探索仍不夠深入。本文結(jié)合了分子動力學(xué)和第一性原理兩種計算模擬方法,以石墨烯在外來物質(zhì)誘導(dǎo)下出現(xiàn)的自組裝形貌演變?yōu)檠芯恐攸c(diǎn),系統(tǒng)地對石墨烯的自組裝螺旋、解螺旋、和功能化應(yīng)用進(jìn)行了全面的研究。構(gòu)建了從石墨烯自組裝機(jī)理研究、行為調(diào)控到進(jìn)一步模型設(shè)計的計算模擬思路,并展望了其在多個領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用前景。主要結(jié)論如下...

【文章頁數(shù)】：190 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
本文的創(chuàng)新點(diǎn)
第一章 前言
    1.1 引言
    1.2 石墨烯概況
        1.2.1 石墨烯的常見類型及制備
        1.2.2 石墨烯的性能與潛在應(yīng)用
        1.2.3 石墨烯的熱力學(xué)不穩(wěn)定性與自組裝
    1.3 自組裝行為及應(yīng)用概述
        1.3.1 自組裝原理與特點(diǎn)
        1.3.2 自組裝過程的幾種驅(qū)動力
        1.3.3 自組裝的分類及應(yīng)用
    1.4 石墨烯的自組裝研究現(xiàn)狀
        1.4.1 有關(guān)石墨烯生長的自組裝研究
        1.4.2 利用石墨烯作為原料的自組裝研究
        1.4.3 基于石墨烯自組裝演變的功能化結(jié)構(gòu)設(shè)計
    1.5 本課題的研究意義和主要內(nèi)容
第二章 研究方法
    2.1 引言
    2.2 分子動力學(xué)方法
        2.2.1 分子動力學(xué)基本概述
        2.2.2 本課題使用的幾種勢函數(shù)/力場
        2.2.3 系綜與控溫控壓方法
        2.2.4 牛頓運(yùn)動方程與Velocity-Verlet算法
        2.2.5 分子動力學(xué)計算步驟
    2.3 密度泛函方法
        2.3.1 密度泛函基本理論
        2.3.2 量子輸運(yùn)與非平衡格林函數(shù)
        2.3.3 電子輸運(yùn)計算步驟
第三章 石墨烯納米帶的自組裝螺旋演變
    3.1 引言
    3.2 模型構(gòu)建與計算參數(shù)
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 石墨烯納米帶的自組裝與多螺旋現(xiàn)象
        3.3.2 螺旋自組裝過程中的納米帶構(gòu)型變換
        3.3.3 螺旋自組裝與自發(fā)構(gòu)型變換的機(jī)理
        3.3.4 螺旋自組裝的結(jié)果預(yù)測模型
        3.3.5 基于螺旋自組裝的功能化設(shè)計與應(yīng)用展望
    3.4 本章小結(jié)
第四章 石墨烯納米帶的自組裝解螺旋與螺旋振蕩
    4.1 引言
    4.2 模型構(gòu)建與計算參數(shù)
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 摻雜氮化硼的石墨烯納米帶的自組裝解螺旋與類簡諧振蕩
        4.3.2 納米帶解螺旋與振蕩的機(jī)理
        4.3.3 影響納米帶解螺旋的因素
        4.3.4 基于自組裝螺旋振蕩的電學(xué)應(yīng)用研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 章魚形石墨烯抓取器的功能化結(jié)構(gòu)設(shè)計與自組裝應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 模型構(gòu)建與計算參數(shù)
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 章魚形石墨烯自組裝抓取目標(biāo)的動力學(xué)演變過程
        5.3.2 石墨烯抓取器的自組裝應(yīng)用機(jī)理
        5.3.3 石墨烯結(jié)構(gòu)、目標(biāo)粒子結(jié)構(gòu)、外界溫度等因素對自組裝抓取的影響
        5.3.4 石墨烯抓取器的循環(huán)使用和應(yīng)用展望
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄
    附錄(Ⅰ): 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
    附錄(Ⅱ): 參與項目
    附錄(Ⅲ): 獲得獎勵
外文文章
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3818065