Enhanced Li capacity in functionalized graphene: A first principle study with van der Waals correction
我们利用密度泛函理论研究了Li在氧化石墨烯上的吸附。我们展示了一种新的和简单的方法，以实现一个积极的锂化电位环氧和羟基官能化的石墨烯，相比，已被发现在prestine石墨烯的负锂化电位。为了更好地描述弱相互作用，我们在计算中加入了范德华修正。正的锂化电位表明Li在氧化石墨烯片上的有利吸附，这可以导致比容量的增加，这进而可以用作Li电池中的阳极材料。我们发现通过官能化石墨烯片的高比容量为~860 mAh/g。该容量高于先前报道的在具有高浓度的Stone-Wales（75%）和双空位（16%）缺陷的石墨烯上实现的容量。产生如此高密度的缺陷会使整个系统在能量上不稳定，而氧化石墨烯是一种天然存在的物质。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
On the mechanism of gas adsorption for pristine, defective and functionalized graphene
缺陷不再被认为是石墨烯的不利方面。同时，也为石墨烯的应用拓展铺平了道路。采用密度泛函理论研究了石墨烯中的三种缺陷：缺碳、吸附原子（单一Fe）掺杂和官能团（羧基、吡喃基）的引入对NO2气体吸附的影响。我们已经观察到，缺陷石墨烯中的不饱和碳对吸引NO2分子具有高度活性。我们的研究表明，在石墨烯上引入Fe可以增强NO2的吸附过程。吸附能的计算表明，在NO2吸附的增强是更深刻的Fe掺杂的单和四空石墨烯比Fe掺杂的双和三空石墨烯。这项研究可能有助于开发石墨烯的吸附应用。
2016-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of oxygen-functionalized armchair graphene nanoribbons
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了不同宽度、氧功能化的扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）的电子和磁性.我们的研究表明，O-钝化的结果在一个丰富的几何环境，这反过来又决定了电子和磁性的AGNR。对于平面系统的简并磁基态，所产生的空O孤对电子，报告。DFT预测带与铁磁耦合是金属，而反铁磁耦合带目前有三个带隙的家庭：一个金属和两个半导体。与氢官能化的AGNR不同，氧官能化的带可以通过采用非平面几何形状来获得较低的能量配置。非平面结构是非磁性的，并显示三个半导体家庭的带隙行为。准粒子修正的DFT结果预测加宽的所有平面和非平面，半导体系统的带隙。这表明，氧功能化可以用来操纵AGNRs的电子结构。
2013-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of hydrogen functionalized graphene allotropes
已经进行了分子动力学（MD）模拟以研究氢官能化的石墨烯同素异形体（GA）对于跨越整个范围（0-100%）的H覆盖的机械性质。四个同素异形体（石墨炔，环状石墨烯，八角形石墨烯，和联苯）与更大的单位晶格尺寸比石墨烯被认为是。研究了功能化程度和分子结构对弹性模量和强度的影响，并首次报道了几种新型GA的破坏过程。我们发现，氢化气体的机械性能急剧恶化，增加H-覆盖范围内的敏感阈值，超过此范围的机械性能保持不敏感的H-覆盖范围的增加。这种剧烈的恶化是由sp2键向sp3键的转化和无支撑的sp3键的容易旋转引起的。具有不同晶格结构的同素异形体对应不同的敏感阈值。完全氢化的同素异形体的杨氏模量劣化可以比相应的原始结构小高达70%。此外，拉伸强度显示出约90%的甚至更大的下降和对H覆盖的更高的敏感性，即使它很小。我们的研究结果表明，独特的覆盖依赖性的机械性能恶化时，必须考虑到分析功能化的气体制造的纳米器件的性能特征。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Patterning graphene nanostripes in substrate-supported functionalized graphene: A promising route to integrated, robust, and superior transistors
量子力学约束的石墨烯体系在场效应晶体管中具有广阔的应用前景。高稳定性、优越的性能和大规模集成是石墨烯晶体管实际应用面临的主要挑战。我们的adatom-graphene相互作用的理解结合在纳米纤维技术的最新进展表明，非常稳定和高质量的石墨烯纳米带可以集成在衬底支持的功能化（氢化或氟化）石墨烯使用电子束光刻。我们还提出，在晶体管中平行化一对石墨烯纳米带对于实际应用来说应该是优选的，这对于基于石墨烯纳米带的晶体管也是非常有用的。
2012-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Storage Potential of Chromium-Functionalized Graphene: A First-Principles Investigation
本文通过第一性原理与分子动力学计算，比较Cr吸附在缺陷和无缺陷石墨烯上的储氢结合能及室温热稳定性。
2025-07-29 cond-mat.mtrl-sci
EDOT polymerization at photolithographically patterned functionalized graphene
石墨烯具有独特的特性，使其对纳米技术具有吸引力。功能器件往往需要几种具有特定功能的材料组合，石墨烯-聚合物复合材料就是其中之一。在此，我们报告的制备PEDOT：石墨烯双分子层的原位聚合EDOT共价官能化的石墨烯。聚合只在接枝的石墨烯上进行，并且可以制备具有低至3 μm的高空间分辨率的图案化结构。与原始石墨烯相比，该复合材料表现出增强的电化学掺杂效率、具有非常好的空穴传输特性的不对称传输特性以及两种材料之间的有效电子通信。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin Channels in Functionalized Graphene Nanoribbons
我们使用广泛的第一性原理计算的基础上密度泛函理论（DFT），包括单价和二价配体，氢化缺陷和空位的功能化石墨烯纳米带的输运性质的特征。我们发现，在各种化学环境下的边缘金属状态被保存，而散装导电通道可以很容易地被破坏的氢化或离子或电子束，导致设备，可以表现出自旋电导极化接近统一。
2009-09-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Essential L-Amino Acid-Functionalized Graphene Oxide for Liquid Crystalline Phase Formation
本文首次研究了必需L-氨基酸功能化氧化石墨烯形成液晶相的特性及其pH依赖性，并探讨了外磁场下的取向行为，为生物纳米技术应用提供新思路。
2023-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Edge-functionalized and substitutional doped graphene nanoribbons: electronic and spin properties
石墨烯纳米带是石墨烯基纳米电子学中碳纳米管的对应物。我们用密度泛函理论研究了化学修饰的带的电子性质。我们观察到锯齿形带的化学修饰可以打破自旋简并。这促进了双金属转变的开始，或半半导体状态的开始，其中两个自旋通道具有不同的带隙，或自旋极化的半半导体状态-其中价带和导带中的自旋被相反地极化。扶手椅带的边缘功能化使电子态远离费米能级几个eV，并且不会显著影响它们的带隙。N和B产生不同的效果，这取决于取代位点的位置。特别是，在低密度的边缘取代不显着改变的带隙，而批量取代促进的开始的重金属过渡。吡啶类缺陷诱导一个过渡金属。
2007-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Strong 1D localization and highly anisotropic electron-hole masses in heavy-halogen functionalized graphenes
虽然石墨烯的卤化为构建化学和物理上多样化的系统提供了一条迷人的途径，但它们在光化学中的应用却受到了通常过大的光学间隙的阻碍。本文研究了部分溴化和氯化对石墨烯和含氟石墨烯的结构和光电性能的影响。我们发现溴化和氯化的氟石墨烯衍生物与石墨烯一样稳定，即使在高温下也很可能耐用。系统的能带结构的详细调查揭示了显着的一维本地化的载流子，以及强烈的电子-空穴不对称的有效质量。最后，使用$G_0W_0$和BSE，我们研究了上述材料的光学吸收光谱，其第一个吸收峰被示出为接近光伏应用的最佳峰位置（$\approx 1.5$ eV）。
2016-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation-resilient structural modifications in Nickel-functionalized 3D-graphene for hydrogen storage applications
Istituto Nanoscienze–CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；NEST-Scuola Normale Superiore（新实验科学与技术学院-高等师范学校）；Department of Physical Science, Earth, and Environment, University of Siena（锡耶纳大学地球与环境物理科学系）；Institute of Sensor and Actuator Systems, TU Wien（维也纳工业大学传感器与致动器系统研究所）；CNR - Istituto Officina dei Materiali (IOM)（意大利国家研究委员会材料工厂研究所）
本研究通过镍纳米颗粒功能化三维石墨烯，结合扫描电镜、X射线光电子能谱等表征手段，探究其对氢吸附与抗氧化性的影响，为提升储氢材料稳定性提供了潜在策略。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Non-hexagonal-ring defects and structures induced by strain in graphene and in functionalized graphene
我们执行{ \textit从头计算}的应变诱导形成的非六方环缺陷的石墨烯，石墨烷（平面CH），和石墨烯酚（平面COH）。我们发现，最简单的这种拓扑缺陷，斯通-威尔士缺陷，作为种子的应变诱导的解离和倍增的拓扑缺陷。通过应用非均匀变形的石墨烯，graphane和graphenol与最初的小浓度的五边形和七边形环，我们得到了几个新的稳定的结构，拥有，在同一时间，大浓度的非六边形环（从四倍到十一倍）和小的形成能。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of graphene functionalized with boron and nitrogen
我们提出了一个理论研究的结构和电子性质的石墨烯单层功能化与硼和氮原子取代碳原子。我们的研究是基于密度泛函理论框架下的从头计算。我们计算的功能化系统的结合能，功能化引起的形态变化，并进一步的带隙能量作为掺杂剂浓度的函数。此外，我们解决了在给定浓度下掺杂剂可能聚集的问题。我们定义的聚类参数来量化的功能化系统的B/N原子的分布上的属性的依赖性。我们发现，在石墨烯中的B/N原子的集群是积极的掺杂剂的均匀分布相比，不利的。对于大多数的结构，我们观察到一个非零的能隙，这是只有轻微的取代基原子的浓度依赖。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel electronic and magnetic properties of BN sheet decorated with hydrogen and fluorine
基于密度泛函理论的第一性原理计算揭示了氢氟功能化BN片的一些不寻常的性质。这些性质不同于类似官能化的石墨烯，即使两者共享相同的蜂窝结构。(1)与石墨烯在完全氢化时经历金属到绝缘体的转变不同，BN片的带隙在完全被氢饱和时显著变窄。此外，BN片的带隙可以从4.7 eV调整到0.6 eV，并且该系统可以是直接或间接半导体或甚至半金属，这取决于表面覆盖率。(2)与石墨烯不同，BN片具有杂原子组成，当与H和F共同修饰时，它可以导致具有丰富的电子和磁性的各向异性结构。(3)与石墨烯不同，BN片可以根据表面功能化的方式制成铁磁、反铁磁或磁简并。(4)功能化BN片的磁耦合的稳定性可以通过施加外部应变来进一步调制。我们的研究突出了功能化BN片的新应用的潜力。
2009-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Raman Scattering on Functionalized Graphene Substrates
研究了罗丹明6G分子在纯石墨烯、氟化石墨烯和4-硝基苯基功能化石墨烯基底上的石墨烯增强拉曼散射。通过制作大的拉曼图，研究了拉曼信号增强的均匀性。拉曼信号的相对增强被证明是依赖于官能团，这是合理的原始，氟化和4-硝基苯基官能化的石墨烯基板的不同掺杂水平。首次考虑了石墨烯的费米能和分子的声子能的影响，以解释增强。这种方法使得能够理解增强，而无需假设石墨烯表面上分子的均匀性。通过改变激发能，进一步证明了理论与实验数据的一致性。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High Van Hove singularity extension and Fermi velocity increase in epitaxial graphene functionalized by gold clusters intercalation
在缓冲层和SiC（0001）上的外延石墨烯的石墨烯单层之间的金嵌入导致簇的准独立小聚集体的形成。角分辨光电子能谱测量表明，这些簇保留了石墨烯准粒子的线性分散，并令人惊讶地增加了它们的费米速度。它们还通过没有电荷转移的强延伸强烈地修改了范霍夫奇点（VH）周围的石墨烯的能带结构。这一结果提供了一个新的洞察的作用，嵌入剂在重整化的裸电子能带结构的石墨烯通常观察到的石墨和石墨烯层间化合物。
2012-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene based sensors: theoretical study
石墨烯是一种由sp2杂化碳原子构成的二维单层结构，由于其独特的物理化学性质而受到越来越多的关注。碳纳米管功能化的石墨烯层具有可修饰的化学功能和有用的电学性质，是广泛的传感器的优异候选者，适用于生物医学、光电和环境应用。在这里，我们提出了广泛的研究传输特性的传感器的基础上共价官能化的石墨烯单层（GML）与石墨烯电极。本文用密度泛函理论和非平衡格林函数计算了-CH_3、-CH_2、-NH_2、-NH和-OH片段官能化的GML的透射率、态密度和电流-电压特性。此外，我们演示了如何控制设备的灵敏度通过操纵：（i）浓度，（ii）特定的安排，和（iii）类型的表面基团。我们解释了潜在的检测物理机制。理论计算结果与实验数据进行了比较，结果吻合较好。
2014-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Mobility gap and quantum transport in functionalized graphene bilayer
在Bernal石墨烯双层中，碳原子属于两个不等价的子晶格A和B，其中通过$p_σ$键耦合到另一层的原子属于子晶格A，而其他原子属于子晶格B。我们分析了Bernal石墨烯双层膜的态密度和导电性，当子晶格A或B的原子被随机官能化时。我们发现，对于一个选择性的功能化的子晶格B只有，一个迁移率的差距的顺序为0.5 eV的形成接近狄拉克能量在浓度的吸附原子c > 0.01。此外，在其他一些能量下，电导率呈现出反常行为。我们表明，这些属性是有关的二分结构的石墨烯层。
2018-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of quantum capacitance in graphene electrodes by chemical modifications using aliphatic/aromatic molecules and their radicals
我们对功能化石墨烯的量子电容（C $_Q$）进行了系统的研究。石墨烯的功能化已经通过掺杂不同的脂肪族和芳香族分子及其自由基来完成。利用密度泛函理论计算，我们首先分析了功能化石墨烯的电子能带结构，随后得到了每个体系的量子电容。我们观察到通过在石墨烯片上掺杂脂肪族和芳香族分子及其自由基可以提高量子电容，特别是自由基功能化的石墨烯在C $_Q$中表现出显著的增强。我们的理论研究表明，芳香族和脂肪族自由基产生的费米能级附近的局域态密度，由于电荷本地化。结果，与原始石墨烯相比，已经估计了非常高的量子电容（高于200 $μF/cm^2$）。原子位错和空位缺陷在功能化过程中对石墨烯的影响也被纳入我们的研究。研究结果表明，在石墨烯功能化的同时形成分子自由基是合成高效石墨烯基超级电容器电极材料的有效途径，进而可以显著提高超级电容器的性能。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Functionalized Thallium Antimony Films as Excellent Candidates for Large-Gap Quantum Spin Hall Insulator
III-V族薄膜在自旋电子学和量子计算中具有重要的应用前景。寻找具有非平凡大带隙的二维III-V族薄膜对于利用量子自旋霍尔效应实现无耗散输运边沟道是非常关键的。本文利用第一性原理计算预测了一类功能化TlSb单分子膜（TlSbX_2;（X = H，F，Cl，Br，I））中的大带隙QSH绝缘体，其带隙高达0.22~0.40 eV.利用Z2拓扑不变量和自旋轨道耦合（SOC）诱导的螺旋边态确定了QSH态。值得注意的是，非平凡态的反向带隙可以通过电场和应变来有效地调节。此外，BN衬底上的这些薄膜也保持了一个非平凡的QSH状态，其中包含一个狄拉克锥位于带隙内。这些发现可能为今后基于二维蜂窝晶格的自旋电子学QSH绝缘体的设计和制备提供新的思路。
2015-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Designer fermion models in functionalized graphene bilayers
我们提出了一种方法，实现了广泛的一类可调费米哈密顿在石墨烯双层。就此而言，我们考虑用sp $^3$缺陷官能化的石墨烯双层，所述缺陷诱导各自承载单个电子的零能量共振。离面电场的应用打开了间隙，使得零能量共振变成间隙内束缚态，其限制与间隙成反比。通过控制缺陷之间的距离和外加的电场，我们可以定义费米子模型，甚至晶格，其跳跃和库仑相互作用可以调节。我们详细考虑的情况下，三角形和蜂窝状人工晶格，我们展示了如何，对于一个给定的安排的sp $^3$中心，这些晶格可以进行电控之间的弱耦合和强耦合制度的过渡。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Functionalized MXenes as Effective Polyselenides Immobilizer for Lithium-Selenium Batteries: A Density Functional Theory (DFT) Study
锂硒（Li-Se）电池的实际应用主要由于高阶多硒化物（Li 2Sen）溶解和迁移到电解质中（称为穿梭效应）以及低阶多硒化物的非活性沉积而受到阻碍。MXene的高电导率和机械强度使其成为提供足够锚定以防止多硒化物溶解和改善电化学性能的合适候选物。在此，我们使用密度泛函理论（DFT）计算来理解Li 2Sen在石墨烯和表面官能化的Ti 3C 2 MXene上的结合机制。我们使用石墨烯作为参考材料来评估Li 2Sen在官能化Ti 3C 2X2（其中X = S、O、F和Cl）上的结合强度。我们观察到，与石墨烯、Ti 3C 2F 2和Ti 3C 2Cl 2相比，Ti 3C 2S 2和Ti 3C 2 O2表现出优异的锚定行为。计算的由S和O封端的Ti 3C 2提供的Li 2Sen吸附强度比常用的基于醚的电解质强，这是有效抑制Li 2Sen穿梭的必要条件。吸附在Ti 3C 2X2和石墨烯上的Li 2Sen保持其结构完整性而没有化学分解。态密度（DOS）分析表明，即使在Li 2Sen吸附之后，Ti 3C 2X2的导电行为也被保留，这可以刺激所涉及的Li 2Sen化学的电化学活性。基于我们前所未有的结果，发现Ti 3C 2S 2和Ti 3C 2 O2对Li 2Sen吸附表现出优异的锚定行为，这可以用于设计有效的硒基阴极材料以提高Li-Se电池系统的电化学性能
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-Functionalized Graphene Nanoflakes (GNFs:N): Tunable Photoluminescence and Electronic Structures
研究了氮功能化的二维石墨烯纳米片（GNF：N）中观察到的强光致发光（PL）和X射线激发的光学发光，这是由于π态区域的态密度显著增强以及π和π* 态之间的间隙引起的。类吡啶N-C、类石墨N和C=O键的sp2团簇数目的增加以及N和O原子向sp2团簇的共振能量转移是导致蓝移和主要PL发射特征增强的原因。通过X射线吸收近边结构、X射线发射光谱和共振非弹性X射线散射研究发现，荧光增强与电子结构和成键性质的变化密切相关。该研究表明，可以通过适当调节GNF中的氮和氧含量来定制PL发射，并为新型光电子器件铺平道路。
2012-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Selected graphenelike zigzag nanoribbons with chemically functionalized edges: Implications for electronic and magnetic properties
众所周知，存在广泛种类的准二维类石墨烯纳米材料，其在许多方面可以优于石墨烯。因此，除了石墨烯之外，注意力还集中在锡烯（弯曲的蜂窝结构）和磷烯（褶皱的蜂窝结构）上。它示出，根据掺杂，这些材料可以具有磁有序的边缘。磁相位的计算图说明，一方面，石墨烯和锡烯的n型掺杂的窄锯齿形纳米带在边缘之间具有反铁磁性对齐的磁矩。然而，另一方面，在磷烯纳米带的情况下，对于p型掺杂，Z字形边缘可以具有铁磁性对齐的磁矩。边缘磁性严重影响纳米带的输运性质，并且如果充分控制，可以使它们对自旋电子学有吸引力。
2019-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Route to Achieving Enhanced Quantum Capacitance in Functionalized Graphene based Supercapacitor Electrodes
我们已经研究了量子电容（$C_Q$）功能化的石墨烯，改性与广告原子从周期表中的不同群体。利用密度泛函理论（DFT）计算系统地分析了石墨烯在功能化后电子能带结构的变化以及随后的改性石墨烯的量子电容（$C_Q$）。我们观察到，通过在原始石墨烯表面中控制掺杂N、Cl和Pad原子，可以显著增强量子电容。这些ad原子在系统中表现为磁性杂质，在费米能附近产生局域态密度，这内在地增加了系统中的电荷（电子/空穴）载流子密度。结果，观察到非常高的量子电容。最后，对于Cl和N官能化石墨烯的$C_Q$的温度依赖性研究表明，CQ在接近室温的宽温度范围内保持非常高。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Phonon-Induced Transparency in Functionalized Single Layer Graphene
在本文中，谷间散射被用来解释掺杂和无序单层石墨烯的红外光谱中的异常反共振。我们目前的红外光谱测量石墨烯接枝与碘苯基部分在反射显微镜和透射配置。与原始石墨烯的无特征光谱相比，观察到在与靠近Γ和K点的声子模式对应的能量处的不对称透明窗口。这些不对称的反共振被证明是变化的化学势的函数。我们提出了一个模型，其中涉及相干带内散射的缺陷和声子，从而放宽了光学选择规则禁止访问${\bf q} \neq$ Γ声子。这种新现象的解释是支持我们的数值模拟再现实验功能。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Addressing the Challenges of Using Ferromagnetic Electrodes in the Molecular Spintronics Devices
与硫醇功能化分子化学键合的铁磁电极可以制备新型的分子自旋电子学器件。然而，主要的挑战在于开发基于铁磁电极的商业上可行的器件制造方案，该方案考虑铁磁电极在制造和使用期间对氧化、化学蚀刻和应力引起的变形的敏感性。本文研究了NiFe，一种用于当今存储器件和高温工程应用的合金，作为用于制造MSD的候选FM电极。我们的光谱反射研究表明，镍铁开始积极超过90 ℃氧化。在90 ℃以下老化几个月或加热几分钟的NiFe表面表现出显著的电化学活性，并且适合于与硫醇官能化的分子器件元件化学键合。NiFe还表现出优异的抗蚀刻性，并使机械应力引起的变形最小化。本文展示了在隧道结为基础的分子器件的制造方法中的NiFe电极的成功利用。本文有望填补知识空白阻碍铁磁电极为基础的分子自旋电子学器件的实验发展，实现新的逻辑和存储器件，并观察到大量的理论预测的现象。
2015-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Metal Nanoparticle-Functionalized Three-Dimensional Graphene: a versatile platform towards sensors and energy-related applications
该研究首次通过胶体溶液浸渍实现金、钯纳米颗粒对外延三维石墨烯的功能化，验证其高覆盖、低团聚、无污染及530°C热稳定性，为传感、催化和能源应用提供平台。
2023-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetically-Functionalized Self-Aligning Graphene Fillers for High-Efficiency Thermal Management Applications
我们报告了具有自对准“磁性石墨烯”填料的热界面材料的导热性能。石墨烯增强纳米复合材料的合成是通过一种廉价和可扩展的技术，基于液相剥离。功能化的石墨烯和少层石墨烯片与Fe 3 O 4纳米粒子允许我们在外部磁场中的热膏的分散过程中的连接表面的填料排列。填料排列导致插入两个金属表面之间的纳米复合材料层的表观热导率和热扩散率的强烈增加。自对准“磁性石墨烯”填料改善了具有固化和非固化基质材料的复合材料中的热传导。即使在低~ lwt. %的石墨烯负载量。使用计算机芯片的实际寿命测试表明，使用非固化热界面材料时，温度升高降低多达10 ℃，其中约1 wt. %的取向填料。我们的概念验证实验表明，具有功能化石墨烯和少层石墨烯填料的热界面材料，可以在复合材料应用于表面期间进行定向，可以导致先进电子设备热管理的新方法。
2015-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manganese oxide-functionalized graphene sponge electrodes for electrochemical chlorine-free disinfection of tap water
本研究提出氧化锰功能化石墨烯海绵电极，通过氨基掺杂增强稳定性与催化性能，在低能耗下实现对自来水中大肠杆菌的高效无氯电化学消毒，并揭示储存温度与赝电容的协同灭活作用。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Enhanced Screening in Chemically Functionalized Graphene
共振散射体如氢吸附原子可以强烈地增强石墨烯中的低能量密度态。在这里，我们研究这些杂质对电子屏蔽的影响。我们发现了一个双面的行为：Kubo公式计算揭示了一个增加的介电函数$\varepsilon$后创建的midgap状态，但没有金属发散的静态$\varepsilon$在小动量转移$q\to 0$。这种不良的金属行为也表现在动态极化函数中，并且可以通过电子能量损失谱直接测量。一个新的长度尺度$l_c$出现，超过它的屏蔽被抑制，我们确定与安德森局域化长度。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
E-Beam Induced Micropattern Generation and Amorphization of L-Cysteine-Functionalized Graphene Oxide Nano-composites
该研究发现电子束辐照可诱导L-半胱氨酸功能化氧化石墨烯非晶化并生成可控几何的微图案，无需复杂掩模工艺，为纳米技术、传感器及表面工程应用提供新途径。
2024-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Functionalized graphene as a model system for the two-dimensional metal-insulator transition
二维（2D）系统中的金属行为的报告，例如高迁移率金属氧化物场效应晶体管、绝缘氧化物界面、石墨烯和MoS 2，已经挑战了Abrahams等人的众所周知的预测，即所有2D系统必须是绝缘的。如此广泛的2D系统的金属态的存在揭示了我们对2D输运的理解存在很大的差距，随着2D系统研究的扩展，2D输运变得更加重要。理解2D金属态的关键是金属-绝缘体转变（MIT）。在这份报告中，我们证明了在功能化的石墨烯，一个模型的2D系统中的无序诱导MIT的存在。磁输运测量表明，弱本地化压倒性地驱动过渡，在矛盾的理论假设，增强电子-电子相互作用占主导地位。这些结果提供了第一个详细的图片的性质从金属到绝缘状态的二维系统的过渡。
2015-05-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic structure of covalently functionalized graphene layers
我们目前的示范性结果的广泛研究的机械，电子和运输性能的共价官能化的石墨烯单层（GML）与-NH 2。我们报告新的从头计算研究结果的共价官能化GML与-NH 2基团高达12.5%的浓度。我们的研究是在密度泛函理论和非平衡格林函数的框架下进行的。我们讨论的稳定性（吸附能），弹性模量，电子结构，带隙，和有效电子质量作为吸附分子的密度的函数。我们还给出了这些体系的电导和I（V）特性。一般来说，功能化的石墨烯层的稳定性随着附件浓度的增加而降低，并且我们确定了可以化学吸附在GL表面上的分子的临界密度。由于GL的局部变形和碎片引起的键的sp3再杂化，弹性模量随着基团数目的增加而降低。同时，我们观察到，功能化分子拉伸石墨烯晶格，吸附分子浓度越高，效果越明显。我们发现，GLS功能化在许多情况下导致石墨烯带隙的打开（对于12.5%浓度高达0.5302 eV），因此可以用于石墨烯器件。新的HOMO和LUMO主要来源于由功能化诱导的杂质带，并且它们表现出与硅或氮化镓中的电子有效质量相当的抛物线色散。
2014-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal stability study of nitrogen functionalities in a graphene network
在低能N+离子轰击过程中使用氮物质将具有大量高密度边缘平面的无催化剂垂直排列的石墨烯纳米片官能化，以实现六方石墨配位单元中的吡啶、氰化物和氮取代。使用高分辨率X射线光电子能谱原位研究了官能化石墨烯纳米片在20-800 μ { \circ }C的温度范围内的电子结构的演变。我们表明，低能量照射是一个有用的工具，实现氮掺杂水平高达9.6%。发现吡啶构型在室温下占优势，而在800^{ \circ }C时，石墨氮构型成为优势构型。这些发现有助于了解石墨烯中氮官能团的热稳定性，并为器件应用中氮掺杂的可控调整提供了前景。
2012-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Scalable Production of Highly-Sensitive Nanosensors Based on Graphene Functionalized with a Designed G Protein-Coupled Receptor
我们已经开发了一种新型的阿片类药物的全电子生物传感器，该生物传感器由工程化的μ阿片受体蛋白组成，对阿片类药物具有高结合亲和力，化学键合到石墨烯场效应晶体管上以读出配体结合。通过计算重新设计了提供化学识别的受体蛋白的变体，以提高其在水性环境中的溶解度和稳定性。开发了荫罩工艺以制造数百个石墨烯晶体管的阵列，其平均迁移率为~1500 cm 2 V-1 s-1，产率超过98%。该生物传感器对阿片受体拮抗剂纳洛酮具有较高的灵敏度和选择性，检测限为10 pg/mL。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Comparative study of different functionalized graphene-nanoplatelet aqueous nanofluids for solar energy applications
纳米流体的光学性质对于各种应用是独特和有趣的。其中，纳米流体的高消光系数可用于线性抛物面聚光太阳能系统，而它们在高光照射强度下的特性可用于直接太阳能蒸汽产生。因此，胶体的光学特性，包括非线性光学性质的研究，是设计这种新型材料用于太阳能开发的必要步骤。在这项工作中，我们分析了两种不同类型的纳米流体，包括聚羧酸化学改性的石墨烯纳米片（P-GNP）和磺酸官能化的石墨烯纳米片（S-GNP）分散在水中，在三个浓度从0.005重量%到0.05重量%。适度稳定的纳米流体实现了有利的消光性能，以及在高输入太阳光强度下的非线性光学行为。
2022-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Graphene Lattices with Embedded Transition-Metal Atoms and Tunable Magnetic Anisotropy Energy: Implications for Spintronic Devices
在石墨烯晶格中掺杂过渡金属原子以获得高的磁各向异性能（MAE）是材料研究的重要目标，这是由于其在自旋电子学中的潜在应用。本文利用自旋极化密度泛函理论（densityfunctionaltheory，DFC），结合自旋轨道耦合，研究了含空位缺陷的石墨烯（nitrogen-doped graphene）的磁性，包括裸石墨烯和氮修饰石墨烯，以及Cr，Mn和Fe过渡金属单原子（TM-SA）和两种不同的TM原子同时掺杂石墨烯的磁性。[...]计算结果的补充原子分辨率表征的附带Mn杂质键合到四个碳原子，其本地化的自旋匹配预期使用芯级电子能量损失谱测量。具有强磁性的导电TM掺杂石墨烯为石墨烯基自旋电子器件的设计提供了前景。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast laser pulse characterization by THG d-scan using optically enhanced graphene coatings
为了提高石墨烯的非线性光学响应和抗激光损伤能力，我们利用甲酸光辅助转移氢化反应成功地对5层TCVD生长的石墨烯进行了功能化。使用功能化的石墨烯样品，我们能够使用THG色散扫描完全表征亚10 fs超短激光脉冲，结果与原始石墨烯样品获得的结果非常一致。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Extraordinary linear dynamic range in laser-defined functionalized graphene photodetectors
基于石墨烯的光电探测器已经证明了机械灵活性、大的工作带宽和宽带光谱响应。然而，它们的线性动态范围（LDR）受到石墨烯的本征载流子动力学的限制，这导致在低入射功率下偏离线性光响应。同时，热载流子的倍增导致光活性区域在几微米的距离上被涂抹，限制了石墨烯在高分辨率应用中的使用。我们提出了一种利用激光辐照在FeCl3插层石墨烯中设计光活性结的新方法。在这些平面结处测量的光电流显示出非凡的线性响应，其LDR值比其他石墨烯器件的LDR值（44 dB）大至少4500倍，同时保持对环境污染的高稳定性，而无需封装。所观察到的光响应是纯粹的光伏，证明完全淬火的热载流子效应。这些结果为设计具有前所未有的LDR的高清晰度成像和传感器铺平了道路。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Carbon-related Bilayers: Nanoscale Building Blocks for Self-Assembly Nanomanufacturing
使用第一性原理总能量方法，我们研究了石墨烯类碳单层和双层，与氮和硼原子官能化的性质。由此产生的稳定的结构进行了探讨，在其潜在的使用作为纳米级的二维积木的宏观结构的自组装。我们最初考虑用氮和硼官能化的石墨烯单层，但就各自的层声子谱而言，它们都不是动态稳定的。然后，我们考虑了官能化的石墨烯样双层（标记为NCCN、NCNC、BCCB和NCCB），分析了它们的稳定性、电子和机械性质以及化学反应性。我们发现，虽然NCCN，NCNC和NCCB双层是稳定的，BCCB的一个不是。此外，NCCN和NCCB双层被探索为用于纳米结构自组装的潜在二维构建块，其可以形成稳定的本体结构。特别是，NCCB双层似乎是作为构建块的最佳选择，因为通过堆叠NCCB双层形成的所得3D晶体在能量上是稳定的。
2019-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Memristive behavior of functionalized graphene quantum dot and polyaniline nanocomposites
本研究报道氮功能化石墨烯量子点嵌入聚苯胺基体中的忆阻行为，发现电阻依赖电流电压历史，提出PANI棒排列模型解释，为神经形态计算提供新途径。
2023-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal Magnetic Properties of sp$^3$-type Defects in Covalently Functionalized Graphene
利用密度泛函方法，研究了不同共价官能化方法所产生的sp $^3$型缺陷对石墨烯电子和磁性的影响.我们发现，诱导的磁性是{ \it普遍}，在这个意义上说，他们在很大程度上是独立的特定的吸附考虑。当与该层建立弱极性单共价键时，在石墨烯中总是出现1.0 $μ_B$的局部自旋矩。这种效应类似于H吸附，H吸附使碳层中的一个$p_z$轨道饱和。吸附物之间的磁耦合显示出强烈的依赖于化学吸附的石墨烯亚晶格。吸附在相同的子晶格耦合铁磁性的分子，与交换相互作用，衰减非常缓慢的距离，而没有磁性被发现吸附在相反的子晶格。如果几个$p_z$轨道通过吸附一个大分子而同时饱和，则获得类似的磁性。这些结果可能为通过化学手段设计石墨烯衍生物的磁性开辟新的途径。
2012-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spin-helical Dirac states in graphene induced by polar-substrate surfaces with giant spin-orbit interaction: a new platform for spintronics
自旋电子学，或自旋电子学，旨在有效地控制和操纵电子系统中的自旋自由度。为了满足现代自旋电子学的需要，研究具有巨自旋轨道分裂电子态的电子系统已成为自旋电子学的重要研究方向之一，为自旋电子学器件的研究提供了基础。在这种器件的构造中，涉及石墨烯也是诱人的，石墨烯由于其独特和显着的电子特性而引起了极大的关注，并被认为是电子产品中硅的可行替代品。在这种情况下，一个具有挑战性的目标是使石墨烯狄拉克态自旋极化。在这里，我们报告了一种绝对新的有前途的途径，以创建基于石墨烯和极性衬底表面态与巨大的Rashba型自旋分裂耦合的自旋极化狄拉克态。我们演示了如何形成自旋螺旋狄拉克态沉积在BiTeCl表面上的石墨烯。这种耦合诱导了最初自旋简并的石墨烯态的自旋分离，并导致狄拉克电子的完全螺旋面内自旋极化。
2014-06-18 cond-mat.mtrl-sci
2D-Double transition metal MXenes for spintronics applications: surface functionalization induced ferromagnetic half-metallic complexes
MXenes是一种快速发展的二维（2D）材料，具有厚度，组成和功能化相关的出色性能，在不同领域具有应用。为了公开基于2D-双过渡金属（DTM）碳化物和氮化物的原始和表面官能化的MXene（M '2 M“X2 Tx，M'和M”= Cr，Mo，W; X = C/N; T = -F/-OH/=O）的纳米自旋电子学应用，已经使用自旋极化的第一性原理计算对结构稳定性、磁性和电子结构进行了系统的研究。从144种探索的基于DTM的MXene中筛选出36种稳定的官能化MXene。所探索的材料表现出惊人的性能，具有广泛的磁性基态，从非磁性到铁磁性，然后到反铁磁性，伴随着金属到半金属或无间隙半金属性质，这取决于过渡金属和终止基团。发现Mo和W基MXene是磁性的和金属的，而Cr-Mo和Cr-W基MXene是磁性的，具有不同的金属行为。W_2CrN_2O_2和Mo_2CrN_2O_2系统是铁磁半金属二维材料，在少数自旋通道中的直接带隙分别为1.35 eV和0.77 eV。对DTM MXene的全面研究提供了固有的半金属特性以及强大的铁磁性，开辟了一类具有可调磁性和电子特性的有前途的新型2D材料，用于纳米自旋电子学和电子学中的潜在器件应用。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Graphene for spintronics: giant Rashba splitting due to hybridization with Au
到目前为止，石墨烯在自旋电子学中主要意味着高性能的自旋电流引线，因为其π电子的固有自旋轨道耦合非常弱。如果大的自旋-轨道耦合可以通过邻近效应产生，该材料也可以形成自旋电子器件的有源元件，例如达斯-达塔自旋场效应晶体管，然而，金属界面通常会损害无质量狄拉克费米子的能带色散。我们的测量结果表明，在石墨烯-Ni界面处的Au嵌入在石墨烯狄拉克锥中产生了高达费米能量的巨大自旋轨道分裂（~100 meV）。光电子能谱学揭示了Au-5d态的杂化是巨大自旋轨道分裂的来源。该系统的从头算模型显示了Rashba分裂色散，其在石墨烯的狄拉克点周围具有分析预测的无带隙能带拓扑结构，并且表明在平衡距离处的尖锐石墨烯-Au界面将仅占~10 meV的自旋轨道分裂。从头计算表明，由于金原子更接近石墨烯，不违反亚晶格对称性的增强。
2012-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Organometallic Complexes of Graphene and Carbon Nanotubes: Introducing New Perspectives in Atomtronics, Spintronics, High Mobility Graphene Electronics and Energy Conversion Catalysis
在这里，我们提出了一个概述最近的基础研究的性质之间的相互作用的单个金属原子和金属簇和共轭表面的石墨烯和碳纳米管，特别关注的电子结构和化学键在金属-石墨烯界面。我们讨论了石墨材料的有机金属配合物的相关性，这些相互作用和它们在原子电子学中的应用，如原子互连，高迁移率的有机金属晶体管器件，高频电子器件，有机金属催化（氢燃料产生的光催化水分解，燃料电池，氢化），自旋电子学，存储器设备和下一代能源设备的基本理解的发展。我们触及在金属上生长的CVD石墨烯，其表面的反应性，以及其作为不对称石墨烯功能化化学（双Janus圆盘）的模板的用途。我们强调了一些最新的进展，在理解金属和石墨烯表面之间的相互作用的性质，从金属覆盖层沉积在石墨烯和单壁碳纳米管薄膜的角度来看。最后，我们评论了该领域面临的主要挑战和技术应用的机遇。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical removal of antibiotics and multidrug-resistant bacteria using S-functionalized graphene sponge electrodes
本研究合成了S官能化石墨烯海绵电极，用于电化学氧化去除五种常用抗生素和灭活多重耐药大肠杆菌，在低电流密度下实现了高效去除与灭活，且系统能耗低。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
A Chemical Route to Graphene for Electronics and Spintronics Device Applications
用于器件制造的选择性高精度化学功能化策略的开发，结合用于以原子精度图案化石墨烯晶片的相关技术，将为后CMOS制造技术提供必要的基础。这需要彻底理解在亚纳米长度尺度下石墨烯的反应性和图案化的原理。本文回顾了我们对石墨烯化学原理的探索-即狄拉克点及以上的化学，以及共价化学对这种低维材料的电子结构，电输运和磁特性的影响，以便能够规模化生产石墨烯基设备用于低端和高端技术应用。
2014-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Data-Driven Molecular Dynamics and TEM Analysis of Crystal Growth and Hydrogen Sensing in Pt-Functionalized Graphene Chemiresistive Sensors
本研究开发了接近DFT精度的等变机器学习原子间势，通过MD模拟揭示了Pt在石墨烯上的生长机制及H2传感机制，发现中等Pt负载量最小化检测限，并阐明了Pt形貌与石墨烯掺杂类型对传感性能的影响。
2025-05-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Enhanced spin injection in molecularly functionalized graphene via ultra-thin oxide barriers
实用自旋电子器件的实现依赖于产生和检测纯自旋电流的能力。在基于石墨烯的自旋阀中，这通常是通过隧道势垒从铁磁接触注入自旋极化电子来实现的，其中Al 2 O3和MgO最广泛地用作势垒材料。然而，使这些势垒足够薄的要求通常导致针孔和低接触电阻，这又导致低自旋注入效率，由于所谓的电阻失配问题，在室温下通常为5%。在这里，我们展示了一种替代方法来制造超薄隧道势垒接触石墨烯。我们表明，激光辅助化学功能化的石墨烯与sp3-键合的苯基基团有效地提供了一个种子层的生长Al 2 O3薄膜，确保顺利，高品质的隧道势垒和增强的自旋注入效率。重要的是，功能化对石墨烯通道本身中自旋输运的影响相对较弱，因此增强的自旋注入占主导地位，并导致自旋信号的数量级增加。此外，使用聚焦激光束和光刻技术的功能化的空间控制原则上可以用于将功能化限制为仅接触区域，进一步减少对石墨烯通道的影响。我们的研究结果开辟了一条新的路线，以规避基于石墨烯的自旋电子器件的电阻失配问题的基础上容易获得和高度稳定的Al 2 O3，并促进其实际应用的发展向前迈进了一步。
2021-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Methane and carbon dioxide adsorption on edge-functionalized graphene: A comparative DFT study
为了优化晶体和无序纳米多孔碳基材料中的气体储存和分离，我们使用从头算密度泛函理论计算来探索化学官能化对模型碳纳米结构内暴露边缘的气体结合的影响。我们测试的几何形状，能量，和电荷分布的平面内和平面外的结合CO2和CH 4的模型锯齿形石墨烯纳米带边缘官能化与COOH，OH，NH 2，H2 PO 3，NO2，和CH 3。虽然不同的选择的交换相关功能导致的结合能的值的传播，跨官能团的趋势在很大程度上保留了每个选择，作为吸附的气体分子的最终取向。我们发现CO2的结合超过CH 4的结合大约是2倍。然而，这两种气体遵循非常相似的趋势，在连接的官能团的变化，尽管不同的分子对称性。我们的研究结果表明，NH 2，H2 PO 3，NO2和COOH官能团的存在下，可以显着增强气体结合相对于氢钝化的边缘，使边缘潜在的可行的结合位点的材料中具有高浓度的边缘碳。一阶，面内结合强度与这些基团上较大的永久和诱导偶极矩相关。剪裁碳结构增加气体吸收和改善CO2/CH 4选择性的影响进行了讨论。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reconfigurable nanoelectronics using graphene based spintronic logic gates
本文提出了一种新的自旋纳米电子学的设计概念，强调了一个无缝集成的自旋为基础的存储器和逻辑电路。构建块是基于混合石墨烯/铁磁体材料系统的磁逻辑门。我们使用网络搜索引擎作为技术演示工具，并提出了一种基于自旋的电路设计，具有更小的面积，更快的速度，和更低的能耗比国家的最先进的CMOS同行。该设计也可应用于数据压缩、编码和图像识别等应用中。在所提出的方案中，超过100自旋为基础的逻辑操作之前进行任何需要的自旋电荷转换。因此，支持CMOS电子器件需要很少的功耗。自旋电子CMOS集成系统可以在单个3-D芯片上实现。这些非易失性逻辑电路在计算应用中具有范式转变的潜力。
2011-07-15 cond-mat.mtrl-sci
