关键词： 石墨烯   碳量子点   复合材料   负极材料   电化学性能   锂离子电池   循环稳定性  

摘要： 采用Hummers法和水热法,制备石墨烯和碳量子点溶液作为前驱体,然后通过一步煅烧法制得石墨烯-碳量子点复合材料。借助SEM、UV-Vis、FTIR等手段,对样品的形貌和结构进行表征;利用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)及恒流充放电循环测试等,重点考察了样品的电化学性能。结果表明,在石墨烯表面负载碳量子点可增加材料的比表面积并改善其机械性能,由于活性位点的增加,所制石墨烯-碳量子点复合电极具有较好的可逆性及电化学活性;在检测不同浓度双氧水时,复合电极的灵敏度为纯石墨烯电极的1.4倍左右;石墨烯-碳量子点复合材料作为锂离子电池负极使用时,与纯石墨烯材料相比具有更好的循环稳定性,且容量保持率提高了1.67倍。

关键词： 量子计算   半金属   材料   研究人员   维也纳   奥地利   大学  

摘要： 据英国《独立报》近日报道，美国莱斯大学和奥地利维也纳技术大学的研究人员联合研制出一种全新的材料——“外尔-近藤半金属”，其属于量子材料这一物质类别，可用于量子计算等领域。

关键词： MoS2   纳米材料   光催化  

摘要： 采用超声法制备了MoS_2量子点,将其与氧化石墨烯复合,并将复合材料(MG)应用于光催化分解水制氢.利用透射电子显微镜、N_2吸收仪、电化学工作站和气相色谱仪分别测试了复合材料的形貌、N2等温吸附脱附曲线、电化学阻抗、光电流响应和光催化产氢速率.结果表明,氧化石墨烯的含量为2.0%时,产物的光催化效率达到最高.复合材料MG-2.0优异的光催化性能主要归功于催化剂中MoS_2量子点分散性提高而导致产物比表面积增大与活性位点含量的提高;另外,电子传输介质氧化石墨烯的存在可有效地促进光生载流子的分离.

关键词： 量子点   聚合物   复合材料   制备   应用  

摘要： 介绍了量子点-聚合物复合材料的制备方法,并综述了量子点-聚合物复合材料在发光二极管材料、太阳能电池材料、传感器材料、生物材料等方面的应用研究进展。

关键词： 聚噻吩单链   量子热输运   同位素效应   非平衡格林函数  

摘要： 聚噻吩块体通常被视为绝热材料,其热导率小于1W·m^(-1)·K^(-1).但近年发现对于室温下沿聚噻吩分子链方向排列的无定形聚噻吩纳米纤维,其热导率高于聚噻吩块体,可达4.4W·m^(-1)·K^(-1).为了相对准确地揭示纳米尺度聚噻吩单链热输运的微观特征,从量子力学出发,在密度泛函理论计算的基础上,应用中间插入延展方法结合非平衡格林函数方法,对长度为25.107nm、包含448个原子的聚噻吩单链的量子热输运及其同位素效应进行了研究,并与分子动力学方法模拟的结果进行了详细比较.结果表明:室温下32 nm长的纯聚噻吩单链热导率上限高达30.2 W·m^(-1)·K^(-1),与铅的热导率35 W·m^(-1).K^(-1)相近;相同掺杂比例(原子百分数)下C元素热导的同位素效应比S元素显著;室温下聚噻吩单链中^(12)C,^(13)C等比例随机掺杂时的同位素效应最为显著,此时聚噻吩单链的平均热导至少降低了30%;室温下纯聚噻吩单链的热导随C的相对原子质量增加近似呈反比例减小,随S的相对原子质量增加呈非线性单调增加.该研究对认识和调控聚噻吩这种新型功能材料的热输运特性具有积极的价值.

关键词： 类石墨烯材料   受限量子结构   Landau能谱   电场调控  

摘要： 在过去的十多年里，单个或几个原子层厚的晶体材料已经成为物理学、化学和材料科学领域的研究热点。这一研究兴趣源于2004年石墨烯的成功制备。继石墨烯后，由其它元素构成的二维单原子层的晶体材料也相继涌现，如单层硅(硅烯)、单层黑磷(磷烯)等。这些二维材料由于具有与石墨烯类似的晶格结构，因此可以将它们统称为类石墨烯材料。但与石墨烯不同的是，类石墨烯材料的晶格结构是非共面的起伏结构，具有一个可观的带隙。最近，研究还表明外加电场能够有效地调控类石墨烯材料的能带结构，甚至可以导致能带发生反转。\n 在外电场调控下类石墨烯材料独特的能带结构必然导致其相应Landau能谱具有新奇的特征。本文在以往研究工作的基础上，进一步研究不均匀垂直磁场中磷烯奇异的Landau能级结构，探讨边界效应、磁场限制作用以及外电场调制的自旋轨道耦合作用对硅烯量子点中Landau能谱的影响。研究结果表明：(1)磷烯不对称的能带结构导致了相应的Landau能谱具有显著的不对称性；在指数衰减磁场作用下磷烯中有限数目的Landau能级间存在着明显的交叉现象，与导带和价带相对应的Landau能级的交点分布具有不对称性。(2)对于硅烯磁量子点，当磁场较小时，边界的限制性作用使得属于同一n值而不同m值的Landau能级发生了明显的劈裂现象，同时Landau能级自旋和谷自由度的简并也被解除；外加垂直电场能够有效地调控该体系的Landau能级结构，特别是n=0的Landau能级；在零场带隙内部，\n 形成受拓扑保护的边界态，而且这种边界态是自旋和谷极化的。我们认为上述类石墨烯材料及其受限量子结构中奇异的Landau能谱特征应该可以在相应的磁光吸收实验中得到验证。

关键词： 量子计算   材料   金属   研究人员   维也纳   奥地利   大学  

摘要： 美国莱斯大学和奥地利维也纳技术大学的研究人员联合研制出一种全新的材料——“外尔-近藤半金属”（Weyl—Kondo semimetal），其属于量子材料这一物质类别，可用于量子计算等领域。

关键词： 荧光检测探针   氮掺杂石墨烯量子点   制备工艺   发光性能  

摘要： 石墨烯量子点是由有限数目的碳原子构成的，在三个维度尺寸均在纳米数量级（1-10nm）的零准维纳米材料。GQDs具有宽的激发光谱和窄的发射光谱,粒径大小可以控制其发射波长。由于较好的生物相容性以及强的光稳定性，GQDs可以进行生物活体标记和检测，有利于进行长时间的生物体培养。石墨烯量子点在量子点显示、照明领域、太阳能领域、生命科学领域以及量子计算领域具有潜在的用途。本论文通过自上而下的水热切割法和自下而上的柠檬酸的热裂解法制备了石墨烯量子点，并研究了其实际应用，主要内容如下：\n 1.通过水热切割氧化石墨烯薄片合成了氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）。并且通过四氢呋喃-(NH4)2SO4-水的液-液萃取系统，成功地纯化了N-GQDs。所制备的N-GQDs平均尺寸为6nm，最佳激发和发射波长分别在330和435nm。经证明，N-GQDs是一种对Fe3+敏感的荧光检测探针。该探针可检测浓度范围为0.2-30mM的Fe3+（R2=0.992），检测限为0.06mM。该荧光定量分析Fe3+的方法具有良好的线性和可重复性。\n 2.通过逐层组装将N-GQDs嵌入到二维层状双氢氧化物纳米片中制造的荧光超薄膜具有长程有序的结构。所得薄膜显示出较强的荧光和较高的荧光量子产率，归因于石墨烯量子点在无机-有机混合基质中的均匀分散和LDHs纳米片施加的光激发电子的限制。这项工作为设计和制造具有良好发光性能的N-GQDs薄膜提供了一种简便的方法，可用于光电子传感器件。\n 3.掺杂一直是调节碳材料各种应用性能的有力手段，而氨基酸掺杂石墨烯量子点由于其独特的化学，电子和光学性质而引起了人们的广泛关注。本文通过柠檬酸热解及不同色氨酸含量合成了一系列色氨酸功能化石墨烯量子点（Trp-GQDs）。与单纯的GQDs相比，Trp-GQDs具有更强的荧光强度（7倍）。随着pH值的增加，荧光信号在4-12范围内线性减小，相关系数为0.98。最重要的是，基于Trp-GQDs的pH检测传感器成功地在河水样品中得到了验证。

关键词： 量子功能材料   光电特性   太赫兹光谱   太赫兹相干磁光系统  

摘要： 太赫兹波是介于光子学和电子学之间的光频波谱，是指频率在0.1THz到10THz（或波长在3mm到30μm）的电磁波，它是连接宏观电子学和微观光子学的桥梁。太赫兹光电子科技在电子、信息、生命、国防、公共安全、航天等方面蕴藏着巨大的应用前景。光学实验作为一种非接触式的测量方法，无需在样品上制备电极且不受样品形状和大小影响，是表征和研究材料性能和器件物理的重要实验方法。其中太赫兹时域光谱作为目前的先进光学实验方法，在材料和器件研究中具有不可替代的巨大测量技术优势。例如，太赫兹时域光谱测量可不需要通过Kramers-Kronig变换直接得到样品光学参数的实、虚部，准确获得更多的样品材料和物理参数信息。在光学测量中，可以通过检测样品光电导率随入射波长（频率）的变化关系，获得样品中电子局域化的特征信息，这是常规电输运测量难以直接测量的材料物理特性。因此，应用太赫兹时域光谱和某些光学方法研究电子、光电子材料及器件的物理特性是有重要的科学意义和应用价值。本论文的工作主要包括四部分内容:\n (1)太赫兹相干磁光系统的搭建。根据太赫兹脉冲的产生和探测方式的不同，搭建了两种太赫兹时域光谱系统:(a)基于铌酸锂的太赫兹时域光谱系统。首先，该系统通过大功率的飞秒激光脉冲辐照到非线性光学晶体LiNbO3上产生太赫兹激光脉冲。其次，具有时间同步的飞秒探测脉冲经过时间延迟线与产生的太赫兹脉冲同时聚焦在ZnTe晶体上，通过电光检测系统实现太赫兹脉冲的相干探测。同时将太赫兹源、探测系统、样品系统与低温、强磁场系统集成，实现太赫兹磁光测量功能。搭建的太赫兹时域光谱系统的太赫兹光谱宽度为0.1THz到2THz，太赫兹脉冲能量大约为1微焦量级。(b)基于光纤飞秒激光器的太赫兹时域光谱系统。首先，该系统通过波长为1560nm的激光脉冲辐照到InGaAs光电导天线上产生太赫兹激光脉冲。其次，具有时间同步的飞秒探测脉冲经过时间延迟线与产生的太赫兹脉冲同时聚焦在InGaAs光电导天线上实现太赫兹脉冲的相干探测。同时将太赫兹时域光谱系统、光偏振系统与低温、强磁场系统集成，实现太赫兹磁光测量功能，搭建的太赫兹时域光谱系统的太赫兹光谱宽度为0.2-1.5THz，此实验平台的建成为量子功能材料的光电、磁光电特性研究提供了新的实验手段和测量平台。\n (2)基于我国首台自主研制的太赫兹自由电子激光搭建了“皮秒太赫兹自由电子激光泵浦-皮秒太赫兹探测”系统。我国首台具有高重复频率、高占空比特性的太赫兹自由电子激光是由由中国工程物理研究院应用电子学研究所（中物院十所）牵头建设。针对太赫兹自由电子激光的脉冲特性，搭建了:(a)“皮秒太赫兹自由电子激光泵浦-皮秒太赫兹探测”系统，皮秒太赫兹自由电子激光泵浦-皮秒太赫兹探测技术是研究材料中载流子动力学的先进光电子实验手段。将太赫兹自由电子激光分成泵浦、探测光束，通过皮秒尺度时间延迟实现皮秒光信号探测，系统可以通过透射测量获得样品的时域光电导率随太赫兹自由电子激光泵浦频率、强度、光偏振方向的变化关系，研究材料中自由载流子的动力学物理过程和微观机理。(b)搭建了“THz FEL泵浦-THz透射测量”系统，此系统可应用于研究材料的THz光电特性随太赫兹自由电子激光的辐照强度、频率以及光偏振角的变化关系。\n (3)石墨烯的太赫兹磁光特性。首先，利用基于铌酸锂的太赫兹时域光谱系统测量了单层石墨烯的太赫兹时域光谱，通过实验获得的纵向磁光电导与磁光Drude理论公式的拟合得到了单层石墨烯的电子弛豫时间和电子浓度随温度和磁场的变化关系。其次，利用基于光纤飞秒激光器的太赫兹时域光谱系统，结合光偏振实验测量了双层和三层石墨烯的太赫兹时域光谱，得到双层和三层石墨烯纵、横向磁光电导率的实部和虚部，实验磁光电导率可以用理论磁光Drude公式描述。通过实验数据与理论公式的拟合获得石墨烯的重要材料物理参数，如电子浓度、电子有效质量和电子弛豫时间等。通过此实验，在室温、非共振条件下测量出双层和三层石墨烯的电子有效质量。最后，太赫兹时域光谱磁光实验，测量了三层石墨烯在液氮温度下的太赫兹时域光谱，获得三层石墨烯材料参数，如电子浓度、电子有效质量和电子弛豫时间随温度和磁场的变化。\n (4)强关联电子材料和超导材料的红外光电特性的研究。光学测量是表征和研究材料性质的简单、直接实验方法。首先，应用红外反射光谱研究了La0.33Pr0.34Ca0.33MnO3纳米线的红外反射率随温度的变化特性，观察到电子随温度变化的电子相变，光学测量到的相变温度与电输运测量结果一致，同时根据反射率随波长的变化关系观察到了纳米线样品中的电子局域化效应，这个结果是常规电、磁输运测量无法直接观察到的。其次，应用红外反射光谱光学实验研究了[001]和[111]晶向的钛酸锂超导体的红外反

关键词： 复合材料   石墨烯量子点   聚酰亚胺   制备工艺   氮掺杂   机械性能   热学性能   摩擦学性能  

摘要： 石墨烯量子点(Graphene quantum dots，GQDs)是一类新型的石墨烯基材料，其尺寸一般在20nm以下，层数在1-3层之间。GQDs拥有石墨烯优异的机械刚度、强度、弹性等性能，又拥有比石墨烯基的其它纳米颗粒大的多的比表面积。因此，在作为聚合物的添加剂使用时，石墨烯量子点能够与聚合物基体间形成更多的接触面积，从而为更好的改善复合材料的性能提供可能。基于上述考虑，本论文通过原位聚合的方法制备了氮掺杂的石墨烯量子点(N-doped graphene quantum dots，N-GQDs)和聚酰亚胺(PI)的复合材料，并通过研究其热学、机械以及在不同条件下的摩擦学等性能，得到了以下研究结论:\n 1.石墨烯量子点引入到聚酰亚胺基体后，制备的复合薄膜的热稳定性和机械性能均得到了显著改善。其中，当N-GQDs的用量为1wt％时，复合薄膜的拉伸强度和拉伸模量分别提高了38％和15％。特别是含0.75wt％N-GQDs薄膜的断裂伸长率增加为纯PI薄膜的2倍。与此同时，当N-GQDs的用量为0.1wt％时，复合薄膜的玻璃化转变温度(Tg)从纯PI薄膜的315℃增加到了327℃。当N-GQDs的用量为0.5wt％时，复合薄膜的线性热膨胀系数(CLTEs)从纯PI薄膜的31.6ppm/℃降低到了26.1ppm/℃。通过对N-GQDs以及复合薄膜进行傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X-射线衍射谱(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)以及扫描电子显微镜(SEM)等分析发现，PI基体各项性能的加强可以被归结为N-GQDs在基体中良好的分散性，以及其大的比表面积和其与基体间强烈的相互作用。此外，在550nm的指示波长处，含1wt％N-GQDs的复合薄膜的光学透过率仍然保持在79％，说明得到的复合薄膜拥有优异的光学透过率。同时，得到的复合薄膜的表面疏水性能被加强。当基体中N-GQDs含量增加到1wt％，其水表面接触角从纯PI薄膜的63±2.7°增加到了92±1.7°，这是因为薄膜表面上N-GQDs的亲水基团在薄膜高温固化时被移除，致使N-GQDs变得疏水所致。\n 2.N-GQDs/PI复合薄膜的摩擦学性能分别在干摩擦、水润滑和油润滑等条件下研究。摩擦实验结果显示:复合薄膜在同一条件下的摩擦系数均相对稳定，这可能是由对偶和样品间并没有形成有效的转移膜所致。在干摩擦和油润滑条件下，薄膜的抗磨损性能被显著加强，特别是在于摩擦下，含0.5wt％N-GQDs的复合薄膜的磨损率与纯聚酰亚胺的相比，实现了66.8％的降低。复合薄膜抗磨损性能的加强归功于N-GQDs和聚酰亚胺基体间大的界面接触面积和复合薄膜加强的机械性能。然而，在水润滑条件下，薄膜的磨损率最大并且随着N-GQDs在基体中含量的增加而增加，这可能是水对PI基体的溶胀、软化以及对其吸水性能的加强所致。此外，复合薄膜在不同的条件下显示出不同的磨损机理。在干摩擦下，复合薄膜的磨损机理从疲劳磨损转变向疲劳和黏着磨损共存。在水润滑和油润滑条件下，复合薄膜磨损机理均显示出从黏着磨损向磨粒磨损的转变。