Binding energy and nature of the orbitals in fluorinated graphene: a density functional theory study
采用密度泛函理论计算了单层石墨烯同一侧吸附一个、两个和三个氟原子的结合能。我们表明，氟二聚体在石墨烯上的自旋单重态是稳定的，对分离成孤立的氟吸附原子，这表明有一种趋势，氟吸附原子在石墨烯的一侧集群。我们的研究结果表明，氟原子的连续键合相邻的碳原子在不同的子晶格上，而自旋的安排，以减少总的基态的磁化强度的发展。我们发现，一个单一的氟原子或二聚体的结合能的石墨烯周期性的超晶胞尺度与模拟超晶胞的线性尺寸的立方成反比的有限尺寸的错误。用$π$ -轨道轴分析，发现三个$σ$ -轨道直接沿键指向中心氟碳的再杂化是sp \textsuperscript{2.33} .发现C-F键中碳轨道的再杂化为sp \textsuperscript{4.66}。
2017-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Essential Properties of Fluorinated Graphene and Graphene Nanoribbons
采用第一性原理方法对二维石墨烯和一维石墨烯纳米带的氟化特性进行了系统的研究。C-C、F-C和F-F键中的重要化学键、有限尺寸量子限制和边缘结构的组合效应可以极大地改变几何结构、电子性质和磁性构型。通过详细的分析，从原子主导的能带、空间电荷分布和轨道投影态密度准确地确定了决定基本性质的临界轨道杂化。顶位F-C键与多轨道杂化作用形成不均匀的屈曲蜂窝晶格。存在C-、F-和（C，F）-主导能带。氟化石墨烯属于p型金属（有/没有铁磁自旋排列）或大间隙半导体（没有磁性），这取决于吸附原子的浓度和分布。特别是，具有扶手椅/锯齿形边缘的氟化石墨烯纳米带呈现出五种自旋相关性质，涵盖了非磁性和铁磁金属、非磁性半导体以及具有/不具有自旋分裂的反铁磁半导体。二维和一维系统中的各种带边态表现为丰富而独特的态密度结构。部分理论预测与实验测量相一致，其余的理论预测值得进一步研究。此外，氟化产生的不同性质清楚地表明了将详细讨论的各种应用中的高潜力，例如，电子和自旋电子纳米器件。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Structures of Fluorinated Graphenes and Their Signatures
最近的氟化石墨烯的合成引入了有趣的稳定的石墨烯衍生物。特别是，氟石墨烯（CF），即完全氟化的椅子构象，被发现显示关键的功能，如高机械强度，带电表面，局部磁矩由于空位缺陷和宽带隙迅速减少均匀应变。这些属性，以及结构参数和电子密度的状态被发现与氟覆盖范围的规模。然而，迄今为止报道的大多数实验数据既不为CF，也不为其他CnF结构符合从第一性原理计算获得的结果。在这项研究中，我们试图澄清分歧的来源。
2011-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Melting of Partially Fluorinated Graphene: From Detachment of Fluorine Atoms to Large Defects and Random Coils
氟化石墨烯的熔化是非常不寻常的，并且强烈地依赖于熔融的程度。对于低于1000 K的温度，完全氟化的石墨烯（FFG）比石墨烯更热机械稳定，但在T $_m\approx$ 2800 K时，FFG转变为无规卷曲，其几乎是石墨烯的熔融温度（即5300 K）的两倍。对于氟化石墨烯（PFG），高达30%的波纹在2000 K左右导致单个F原子的分离，而对于40- 60%的波纹，超过1500 K时形成大的缺陷，并且超过60%的PFG原子保持与石墨烯键合直到熔化。结果同意最近的实验上的依赖性的可逆性的过程中的百分比的反式。
2013-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Patterning Nanoroads and Quantum Dots on Fluorinated Graphene
使用从头算方法，我们已经研究了石墨烯的结晶，并发现，不同的化学计量相可以形成没有成核势垒，与完整的“2D-Teflon”CF相是热力学上最稳定的。氟化石墨烯是一种绝缘体，并且被证明是用于图案化原始石墨烯的纳米电极和量子点的完美基质-宿主。可以通过改变边缘取向和宽度来调节纳米颗粒的电子和磁性。量子点的最高占据和最低未占据分子轨道（HOMO-LUMO）之间的能隙是依赖于尺寸的，并且显示出典型的狄拉克费米子的限制。此外，我们研究了不同的基本覆盖的石墨烯（与化学计量CF和C $_{4}$ F）的带隙的影响，并显示这些材料的适用性主机石墨烯量子点具有独特的电子性能。
2011-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange interactions and frustrated magnetism in single-side hydrogenated and fluorinated graphene
采用海森堡模型，从第一性原理出发，分析了单面氢化（C $_2$ H）和氟化（C $_2$ F）石墨烯的磁性.我们预测了这两个系统的受抑基态，这意味着共线自旋结构的不稳定性，并揭示了在最近的实验中证明的缺陷石墨烯中没有常规的磁有序。此外，我们的研究结果表明，在低温下的高度相关的磁行为提供了自旋液体状态的可能性。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Charge doping induced phase transitions in hydrogenated and fluorinated graphene
我们发现，电荷掺杂可以诱导氢化和氟化石墨烯中三种不同的吸附物相之间的转变。通过结合从头算，近似密度泛函理论和紧束缚计算，我们确定了过渡从岛的C $_8$ H $_2$和C $_8$ F $_2$的随机吸附分布周围的掺杂水平$\pm 0.05$ e/C-原子。此外，在具有随机吸附物覆盖的情况下，电荷掺杂被示出为触发有序转变，其中当掺杂水平超过吸附物浓度时，亚晶格对称性自发地被破坏。再杂化能和晶格畸变能使得仅从一侧共价官能化的石墨烯最容易发生这两种相变。与聚集和有序转变相关的能量增益超过室温热能。
2013-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures and Optical Properties of Partially and Fully Fluorinated Graphene
在这封信中，我们研究了部分和完全氟化的石墨烯的电子结构和光学性质相结合的从头计算G0W0计算和大规模的多轨道紧束缚模拟。我们发现，对于部分氟化的石墨烯，成对的氟原子的出现比未成对的原子更有利。我们还发现，不同类型的结构无序，如碳空位，氟空位，氟空位团簇和氟扶手椅和扶手椅团簇，将引入不同类型的带隙中间态和额外的激发内的光学间隙。此外，我们认为，本地形成的$sp^3$债券后，可以区别于其他的无序诱导机制，不破坏$sp^2$混合轨道通过测量的偏振旋转的偏振光。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fluorinated graphene films with graphene quantum dots for electronic applications
本文分析了含石墨烯量子点的氟化石墨烯薄膜的载流子输运、非平衡电荷弛豫和电子结构。在氢氟酸水溶液中通过化学功能化制备了具有GQD的FG薄膜。FG屏障内的电位释放的高波动已被检测到在高达200 mV的范围内。一个唯象的表达式，描述的时间依赖于量子限制水平和薄膜厚度（GQD之间的势垒参数）的GQD的非平衡电荷发射的建议。官能化程度的增加导致GQD尺寸的减小、GQD对载流子输运的影响的去除以及非平衡电荷的弛豫。FG膜与GQD的电子性质的研究已经揭示了单极电阻开关效应的膜中具有相对高的介电常数和高电流调制的晶体管结构中具有较低的介电常数。具有GQD的2D膜被认为对于各种电子应用（非易失性存储器、与光学控制和逻辑元件的2D连接）具有相当大的潜力。
2022-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flexibility of Fluorinated Graphene-Based Materials
研究了在由于弯曲变形而产生的拉伸和压缩应变下，含有氟化石墨烯（FG）薄片和化学气相沉积（CVD）生长的各种取向度的石墨烯的不同膜和结构的电阻率。将通过CVD法生长的石墨烯和多层石墨烯膜通过层压转移到柔性基板上，并进行热处理。它们表现出弱的收缩度（F/C低于20%）。在两种情况下，压缩应变导致电阻率的强烈（一到两个数量级）降低，这很可能与通过氟化石墨烯形成额外的导电路径有关。两种类型的CVD生长的FG的弯曲所造成的拉伸应变高达3%，导致电阻率的恒定值或在重复的应变循环下的电阻率的不可逆的增加。在具有印刷在聚乙烯醇上的FG薄膜的结构的情况下，在高达6.5%的拉伸应变（弯曲半径为2 mm）下观察到稳定的双极电阻开关。在拉伸应变下的交叉杆忆阻器结构的优异性能表明，悬浮产生的FG膜和结构特别有希望用于柔性电子器件。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Absence of stable atomic structure in fluorinated graphene
基于第一性原理计算的结果，我们证明了由氟原子的吸附引起的石墨烯片的显著变形导致形成亚稳态图案，对于该亚稳态图案，下一步骤的吸附在能量上是相当不利的。这些沿扶手椅方向取向的稳定图案的存在使得各种CFx结构的合成成为可能。非氟化石墨烯片的强扭曲与由C-F键的极性性质引起的掺杂的组合降低了迁移的能量成本和迁移势垒的能量，使得氟原子在石墨烯表面上的迁移以及氟化区域的形状的转变成为可能。随着氟含量的增加，迁移的能量成本降低，也导致单个氟吸附原子的数量增加，这可能是磁矩的来源。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Group-IV graphene- and graphane-like nanosheets
我们进行了第一性原理研究的结构和电子性质的第IV组（C，SiC，Si，Ge和Sn）石墨烯类片在平坦和屈曲配置和相应的氢化或氟化的石墨烯类的。对这些结构形成过程中的能量学分析表明，氟化类石墨烯片非常稳定，易于在实验室中合成。我们还研究了氢化或氢化对类石墨烯片性能的影响。这些石墨烷状片层中的原子间距离与相应的结晶片层一致，这一特性可能有助于这些片层集成到三维纳米器件中。
2012-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Hydrogen Adsorption and Electronic Properties from Graphene to Fluorographone
通过氢和氟官能化石墨烯已被提出作为调节其反应性和电子性质的途径。然而，到目前为止，所提出的系统存在降解和有限的氢吸附能力。本研究结合基于密度泛函理论和反应分子动力学的第一性原理计算，分析了氟化和氢化单层石墨烯中氢吸附和电子性质的调控。我们的研究结果表明，氟吸附促进更强的碳$-$氢键。通过改变氟和氢的浓度，可以调整电荷密度转移和电子性质，如带隙和自旋分裂，增加它们对电子和自旋电子器件的潜在适用性。尽管氟不影响总H掺入，但$\textit{ab initio}$分子动力学结果表明，3%氟化石墨烯增加氢锚定，表明氢化和氟化石墨烯用于储氢和相关应用的潜力。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluorine-induced local magnetic moment in graphene: A hybrid DFT study
最近的实验证据表明，氟化石墨烯在F吸附原子周围产生局部磁矩，但这并没有得到半局域密度泛函理论（DFT）计算的支持，其中孤立的F吸附原子的吸附在石墨烯中不诱导磁矩。在这里，我们表明，这样一个不正确的预测的电子基态是由于半局域交换相关泛函固有的自相互作用的错误。通过对石墨烯上孤立F原子的混合密度泛函理论计算，不仅预言了F原子的自旋极化基态（自旋矩为1 bohr磁子），而且还预言了石墨烯晶格的二分性以及石墨烯态的诱导自旋极化所引起的长程自旋极化.这一结果为氟化石墨烯中局域磁矩的实验观测提供了支持。
2013-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural Phase Stability in Fluorinated Calcium Hydride
为了改善氢化钙的储氢性能，我们采用了氢化钙法对氢化钙的储氢性能进行了调控。采用基于密度泛函理论的从头计算方法，对CaH 2-xFx体系的结构稳定性、电子结构和化学键进行了研究.在掺氟量为18%的CaH_2溶液中，观察到了氟化体系从正交晶向立方晶的相变。相稳定性分析表明，CaH_2-xFx体系是高度稳定的，其稳定性与体系的离子性直接相关。态密度（DOS）图显示CaH_2-xFx体系是绝缘体。部分DOS和电荷密度分析的结论是，这些系统是由离子键。结果表明，离F近的H比离F远的H更容易被去除，这是由于H在成键相互作用中引起的反质子化。
2016-10-02 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
Tuning the electronic transport properties of graphene through functionalisation with fluorine
石墨烯的电子性质的工程化引发了人们对电子学和光电子学潜在应用的极大兴趣。在这里，我们展示了通过氟官能化来调节石墨烯单层和多层的电子输运性质的可能性。我们表明，通过调整氟含量不同的电子传输制度可以访问。对于单层样品，随着氟含量的增加，我们观察到电子输运从二维Mott变程跳跃到Efros-Shklovskii变程跳跃的转变。具有高浓度氟的多层氟化石墨烯显示二维Mott可变范围跳跃传输，而CF 0.28多层薄片具有0.25eV的带隙并显示热激活传输。我们的实验结果表明，控制石墨烯功能化程度的能力有助于设计石墨烯材料的不同电子特性。
2011-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of bilayer fluorographene
采用密度泛函理论中的\textit{Ab initio}方法研究了双层氟化石墨烯的稳定性和电子性质.一个比较是以前研究的石墨烷，双层石墨烷，和氟石墨烯。发现双层含氟石墨烯是比双层石墨烷稳定得多的材料。其电子能带结构与单层氟石墨烯相似，但其电子带隙明显更大（约1 eV）。我们还计算了氟石墨烯和双层氟石墨烯的$Γ$点附近的有效质量，发现它们是各向同性的，与早期的报道相反。此外，发现双层含氟石墨烯几乎与石墨烯一样强，因为其2D杨氏模量约为300 $\mathrm{N} \mathrm{m}^{-1}$。
2013-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Band gaps and structural properties of graphene halides and their derivates: A hybrid functional study with localized orbital basis sets
石墨烷和化学计量卤代石墨烯衍生物电子结构的密度泛函计算（氟代石墨烯和其他类似的石墨烯卤化物）显示（i）局域轨道基组可以成功和有效地用于这样的2D材料;（ii）几个泛函预测石墨烷的带隙大于氟代石墨烯的带隙，而HSE 06给出相反的趋势;（iv）石墨烯的零带隙通过氢化和卤化打开并且强烈地取决于混合石墨烯卤化物的化学组成;（V）石墨烯卤化物的稳定性随着卤素原子尺寸的增加而急剧降低-氟代石墨烯是稳定的，而石墨烯碘化物自发地分解。在带隙和稳定性方面，C2FBr和C2 HBr衍生物似乎是有前途的材料，例如，对于（光）电子应用，因为它们的带隙类似于常规半导体的带隙，并且预期它们在环境条件下是稳定的。结果表明，其它含氟化合物（CaHbFc和CaFbYc，Y = Cl，Br，I）是稳定的绝缘体。
2012-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Novel Highly Active Pt/Graphene Catalyst for Cathodes of Cu(II/I)-Mediated Dye-Sensitized Solar Cells
开发了一种新型的高活性、光学透明的电极催化剂，其包含Pt、PtOx、氧化石墨烯和堆叠的石墨烯片晶纳米纤维，用于Cu（II/I）介导的染料敏化太阳能电池的阴极。
2018-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Highly oriented SrTiO3 thin film on graphene substrate
在晶体形式的Si上生长钙钛矿氧化物薄膜长期以来一直是将多功能氧化物集成到Si基技术中的关键障碍。在这项研究中，我们提出了脉冲激光沉积的结晶SrTiO 3薄膜上的Si使用石墨烯衬底。石墨烯上的SrTiO 3薄膜具有高度（00l）取向的晶体结构，这是由部分外延产生的。此外，石墨烯通过高度抑制化学互混来促进尖锐界面。石墨烯作为2D衬底和扩散阻挡层的重要作用允许基于功能复合氧化物的器件应用的扩展。
2017-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Highly Conducting Graphene Sheets and Langmuir-Blodgett Films
石墨烯是一种有趣的材料，其性质与其他石墨系统不同。通过剥离和外延生长获得原始石墨烯的第一样品。最近，氧化石墨的化学还原被用于生产共价官能化的单层氧化石墨烯。然而，用于大规模生产高导电石墨烯片的化学方法仍然难以捉摸。在这里，我们报道了石墨的剥离-再嵌入-膨胀可以产生稳定悬浮在有机溶剂中的高质量单层石墨烯片。石墨烯片在室温和低温下表现出高电导率。在有机溶剂中通过Langmuir-Blodgett组装将大量石墨烯片以逐层方式制成大的透明导电膜。化学衍生的高质量石墨烯片可以导致未来可扩展的石墨烯器件。
2008-08-04 cond-mat.mtrl-sci
A simple method to produce almost perfect graphene on highly oriented pyrolytic graphite
提出了一种简单有效的分步去除高取向热解石墨顶层缺陷的方法。使用臭氧暴露和适度高温的组合，我们已经表明，可以对富含缺陷的石墨表面进行改性，以产生含有可忽略不计的量的氧、氢和sp3碳的石墨烯样表面。我们报告确定的X射线光电子和X射线吸收光谱分析后，该过程的每个阶段，提出了一种机制，通过该机制发生的修改，并提出它作为一种路线，对原始石墨烯样品的制备或操作。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Millimeter-Scale, Highly Ordered Single Crystalline Graphene Grown on Ru (0001) Surface
我们展示了一种通过热退火含碳钌单晶来合成大规模单层石墨烯的方法。低能电子衍射表明石墨烯生长到毫米级尺寸，具有良好的长程序有序性，扫描隧道显微镜显示出完美的结晶性。用第一性原理计算增强的莫尔图案的分析显示石墨烯层与下面的Ru（0001）表面不相称，形成具有~+0.81%的平均晶格应变的N乘N超晶格。我们的研究结果为生产高质量的单晶石墨烯基础研究和大规模石墨烯晶片的设备制造和集成提供了一种有效的方法。
2007-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Highly Conductive 3D Nano-Carbon: Stacked Multilayer Graphene System with Interlayer Decoupling
研究了具有完全层间解耦的三维纳米碳堆叠多层石墨烯（s-MLG）体系的导电和击穿行为。通过转移和堆叠大面积CVD生长的石墨烯单层，然后进行线图案化和等离子体蚀刻来制备s-MLG。拉曼光谱用于确认层数。D-带峰指示样品中的低缺陷水平。进行电流应力诱导的掺杂以使电荷中性狄拉克点移位并降低石墨烯/金属接触电阻，从而改善整体导电性。击穿实验表明，s-MLG的载流能力比单层石墨烯有很大提高。
2011-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting graphene from highly ordered substrate interactions
虽然已经提出了许多方法来生产半导体石墨烯，但从未证明过显著的带隙。原因在于，不管理论上的间隙形成机制如何，亚纳米尺度的无序阻止了打开石墨烯中的间隙所必需的手征对称性破坏。在这项工作中，我们第一次证明了可以通过外延生长制备2D半导体石墨烯薄膜。使用改进的生长方法，我们通过直接能带测量表明，可以在SiC（0001）表面上生长的第一石墨烯层中产生大于0.5 eV的带隙。这项工作表明，秩序，在其他石墨烯系统中仍然缺乏的属性，是生产电子可行的半导体石墨烯的关键。
2015-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Graphene functionalised by laser ablated V2O5 as highly sensitive NH3 sensor
石墨烯是一种很有前途的气敏材料。石墨烯基传感器的响应可以通过在石墨烯中引入缺陷来从根本上改善，例如。例如，在一个实施例中，金属或金属氧化物纳米颗粒。我们已经通过施加V2O5的脉冲激光沉积（PLD）来功能化CVD生长单层石墨烯，这导致石墨烯上的薄V2O5层具有约0.6nm的平均厚度。根据拉曼光谱分析，PLD工艺也在石墨烯中引入了缺陷。与未改性的石墨烯相比，所获得的化学电阻传感器在室温下对氨的传感性能有了很大的提高。此外，响应时间、灵敏度和可逆性也由于通过激光沉积的V2O5的石墨烯功能化而基本上增强。这可以通过激光烧蚀等离子体中的高能原子引入的气体吸附位点的表面密度增加以及沉积的V2O5和石墨烯之间的纳米相边界的形成来解释。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Highly-ordered graphene for two dimensional electronics
随着对石墨烯基电子器件的兴趣不断扩大，生长高质量的石墨烯薄膜至关重要。在真空中从4 H-SiC（0001）Si端接的）表面升华Si是在半导体上生产外延石墨烯片的经证明的方法。在本文中，我们表明，从SiC $(000\bar{1})$（C-终止）表面生长的石墨烯比以前生长在SiC（0001）上的石墨烯具有更高的质量。在C面上生长的石墨烯可以具有比在Si面上生长的结构域尺寸大三倍以上的结构域尺寸，同时将来自升华的SiC衬底无序减少一个数量级。
2006-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Highly anisotropic magnetic states of Co dimers bound to graphene-vacancies
采用相对论密度泛函方法研究了钴原子和二聚体在石墨烯单空位上的吸附行为和磁性状态。据发现，在这两种情况下，形成局部磁矩，尽管强的化学结合。特别感兴趣的是具有两个钴原子附接到石墨烯片的同一侧的动力学稳定的异构体。在这种几何结构中，具有约50 meV的各向异性势垒的磁双稳态是可能的。讨论了其制备的可行性。
2012-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Damage in graphene due to electronic excitation induced by highly charged ions
石墨烯预期对电离粒子辐射相当不敏感。我们证明，单层剥离的石墨烯维持与缓慢的高电荷离子的照射显着的损害。我们研究了不同电荷态（q = 28-42）、动能E_kin = 150-450 keV的高电荷态离子辐照石墨烯后的离子感生变化。原子力显微镜图像显示，离子诱导的缺陷是不是地形的性质，但有关的摩擦的显着变化。为了产生这些缺陷，需要最小电荷状态。除了这种阈值行为，所需的最小电荷状态以及缺陷直径显示出强烈的依赖于弹丸的动能。从缺陷直径对弹丸速度的线性依赖性，我们推断，电子激发所引发的入射离子在表面上的阶段发挥主导作用，这种意想不到的缺陷在石墨烯中的创建。
2013-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Phonon Coupling in Highly-Screened Graphene
石墨烯的光电发射研究导致了一个长期存在的争议，关于实验的电子-声子相互作用的强度与理论计算相比。使用高分辨率角分辨光电子能谱，我们研究了在铜衬底上生长的石墨烯，其中衬底的金属屏蔽大大减少了电子-电子相互作用，简化了理论和实验之间的电子-声子相互作用的比较。通过考虑非线性裸能带结构，我们能够表明，电子-声子相互作用的强度确实与理论计算相一致。此外，我们观察到一个显着的带隙在狄拉克点的石墨烯。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Highly p-doped graphene obtained by fluorine intercalation
我们提出了一种通过在界面处插入一层氟来解耦生长在SiC（0001）上的外延石墨烯的方法。氟原子不进入与石墨烯的共价键，而是饱和衬底Si键。氟原子的这种配置引起了p \approx 4.5 \times 1013 cm-2的非常大的空穴密度，相当于费米能级在狄拉克点ED以上0.79 eV处的位置。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Wrinkled few-layer graphene as highly efficient load bearer
多层石墨材料由于其固有的弱层间结合（例如，石墨在某些应用中是固体润滑剂）而不适合作为承载体。当采用诸如单层（SLG）石墨烯的二维（2-D）材料时，这种情况得到很大改善。在这些情况下的缺点是存在热或机械诱导的皱纹，这是普遍存在于2-D材料。在这里，我们着手研究广泛的大波长/振幅的剥离的简单支撑的石墨烯片的应力传递能力的影响。与普遍的看法相反，我们提出了明确的证据表明，这种类型的“石墨烯”增强了承载能力的几层石墨烯相比，“平”的标本。这种效应是由于石墨烯/聚合物界面剪切应力由于扭曲而每增加施加的应变而显著增加的结果，并且为设计具有高度改善的应力传递效率的负担得起的石墨烯复合材料铺平了道路。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Highly Uniform 300 mm Wafer-Scale Deposition of Single and Multilayered Chemically Derived Graphene Thin Films
报道了在300 mm SiO2/Si晶片上沉积原子级薄、高度均匀的化学衍生石墨烯（CDG）薄膜的方法。我们证明了非常薄的薄膜可以被剥离，形成均匀的膜，而不是可以自立或转移到任何基板上。使用拉曼光谱和原子力显微镜（AFM）的高度分布的厚度的详细地图显示，膜厚度是非常均匀和高度可控的，范围从1-2层到30层。在使用各种方法还原之后，CDG膜是透明的并且与FET器件电活性，从而在约70%透明度下产生约15 cm 2/Vs的异常高的迁移率和约lk欧姆/平方的薄层电阻。
2009-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Super nucleation and orientation of poly (butylene terephthalate) crystals in nanocomposites containing highly reduced graphene oxide
在还原氧化石墨烯（RGO）的存在下，通过开环聚合将环状对苯二甲酸丁二醇酯聚合成聚对苯二甲酸丁二醇酯（pCBT），是制备聚合物纳米复合材料的有效方法。包含RGO纳米片显著影响pCBT的结晶，使结晶峰温度向更高的温度移动，并且总体上增加结晶速率。这是由于由RGO引起的超级成核效应，其通过高度还原的氧化石墨烯而最大化。此外，通过差示扫描量热法（DSC）实验和广角X射线衍射（WAXS）的组合分析显示形成了厚的α-结晶形式pCBT薄片，其熔点为约250 °C，接近pCBT的平衡熔融温度。WAXS还证明了pCBT晶体与RGO纳米片的成对取向，表明pCBT和RGO平面的芳环之间存在强的界面相互作用，特别是与高度还原的氧化石墨烯。聚合物在RGO纳米片上的这种表面自组织可以用于增强其聚合物纳米复合材料中的界面性质。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Novel highly conductive and transparent graphene based conductors
未来的可穿戴电子产品、显示器和光伏设备依赖于高导电、透明且机械柔性的材料。如今，氧化铟锡（ITO）是光电应用中最广泛的透明导体，然而这种材料的机械刚性限制了其在未来柔性器件中的应用。在这里，我们报告了新型的透明导体的基础上的几层石墨烯（FLG）插入氯化铁（FeCl 3）具有非常高的电导率和光学透明度。我们表明，插层后，达到了创纪录的低方块电阻8.8欧姆/平方，在可见光范围内的光学透射率高于84%。这些参数超过了ITO和其他碳基材料的最佳值，使这些新型透明导体成为未来柔性光电子产品的最佳候选者。
2012-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Highly Efficient and Selective Extraction of Gold by Reduced Graphene Oxide
为了实现黄金资源的可持续性和有效的电子废物回收利用，需要能够从复杂来源，特别是电子废物（电子废物）中高效提取黄金的材料。然而，实现对痕量金的高提取能力以及对广泛范围的复杂共存元素的金的精确选择性仍然具有挑战性。在这里，我们报告了一种还原氧化石墨烯（rGO）材料，其具有对痕量金（1，850 mg/g和1，180 mg/g至10 ppm和1 ppm金）的微量提取能力。优异的金提取行为归因于rGO的石墨烯区域和氧化区域。石墨烯区域自发地将金离子还原为金属金，并且氧化区域提供良好的介电性，使得石墨烯区域可以实现金离子的高效吸附和还原。rGO对金离子也具有高度选择性。通过控制rGO氧化区域上的官能团的质子化过程，它显示了一种独特的金提取，而不吸附电子废物中的14种共存元素。这些发现被进一步用于从电子废物中高效、连续地回收金，具有良好的可扩展性和经济可行性，例如使用基于rGO膜的流通工艺从电子废物中提取金。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Highly effective gating of graphene on GaN
通过使用四层石墨烯/氮化镓（GAN）肖特基二极管与未掺杂的GAN间隔物，我们展示了在低偏压下石墨烯的高效门控，使得这种类型的结构非常有希望用于潜在的应用。观察到的拉曼G带位置偏移大于8.5 cm-1，对应于载流子浓度增加约1.2x10^13 cm-2。一个独特的G带分裂与一个狭窄的对称的2D带的存在下，表明乱层层堆叠，并建议存在一个高的电势梯度附近的肖特基结，即使在零偏置。特征在于最高拉曼能量的子带对应于最大浓度的电子。基于电反射测量和修改的Richardson方程的分析证实，由未掺杂的GAN间隔物分隔的n-GaN上的石墨烯在反向偏压下表现得像电容器。至少60%的G子带位置的位移发生在正向偏压，这与肖特基结附近的电场的快速减少。拉曼显微成像显示出表面上的门控效率的高均匀性。因此，我们的研究证明了沉积在GAN上的多层乱层石墨烯用于追踪石墨烯中的电子-声子耦合的有用性。多层石墨烯还提供均匀和稳定的电接触。此外，所观察到的偏置敏感的G带分裂可以被用作在低偏置制度中的传感器应用中的电荷转移的指示。
2021-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Heterostructures of MXenes and N-doped graphene as highly active bifunctional electrocatalysts
具有多功能化学性质和优异导电性的MXene是用于能量存储和催化剂的普遍候选材料。受最近将MXene与碳材料杂化的实验的启发，本文从理论上设计了一系列由MXene单层支撑的N掺杂石墨烯异质结构作为氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）的双功能电催化剂。我们的第一性原理计算表明，V2C和Mo2C MXene上的石墨片具有高活性，ORR过电位低至0.36 V，HER的反应自由能接近于零，两者都具有低动力学势垒。这种优异的催化活性来源于石墨片与MXene之间的电子耦合，并与表面碳原子的pz带中心和异质结构的功函数有关。我们的研究结果通过利用MXenes的快速电荷转移动力学和强界面耦合来筛选一种新型的高活性电催化剂，并阐明了调节二维杂化材料催化性能的通用机制。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Mapping electronic states of dual-parallel and symmetric zigzag grain boundaries of graphene on highly oriented pyrolytic graphite
石墨烯表面的晶界（GBs）被广泛研究，因为具有特定缺陷配置的GBs导致形成新的弯曲结构，其可以被视为新的碳同素异形体。利用扫描隧道显微镜和光谱仪（STM/S）研究了高取向热解石墨（HOPG）表面石墨烯中两种周期性晶界的结构和电子光谱。我们的研究结果表明，由五边形-七边形（5-7）碳环的双平行周期性位错核心组成的GB在石墨烯表面的狄拉克点以上0.45 eV处产生增强的局域态，这归因于范霍夫奇点（VHS）。此外，局域态的能量位置在0.40和0.47 eV之间变化，取决于网站，并最终衰减到0.36 eV。两个平行的晶界引起的能量位置的变化，因为较高的电子密度在GB作为一个缺陷中心和较低的电子远离GB。另一个周期性的GB与对称的锯齿形结构特征诱导VHS在-0.038和0.12 eV附近的费米能级。此外，谷间散射观察到这两个GB。这意味着载流子浓度以及周期性GB周围的电导可以通过局域态密度显著增强。这一发现表明，具有适当嵌入的有序GB的石墨烯有希望用于改善基于石墨烯的电子器件的性能。
2017-09-28 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
Highly sensitive NO2 sensors by pulsed laser deposition on graphene
石墨烯作为一种单原子层材料，完全暴露于环境中，因此在制造敏感气体传感器方面具有巨大的潜力。然而，为了实现针对不同污染气体的这种潜力，石墨烯必须被功能化-必须在其表面产生不同类型的吸附中心并且对目标气体具有高亲和力。在本工作中，通过少量的激光烧蚀材料的石墨烯的改性为此目的被引入作为一种通用的和精确的工具。该方法被证明与两个非常不同的材料选择脉冲激光沉积（PLD），金属（Ag）和介电氧化物（ZrO 2）。结果表明，通过选择PLD靶材料和沉积条件，可以显著提高气体响应及其恢复率。与原始石墨烯相比，在PLD改性的石墨烯的情况下，对空气中的NO2气体的响应被放大高达40倍，并且在40 ppb的NO2下达到7-8%，在1 ppm的N2下达到20-30%。这些结果是在气体环境（5 × 10-2毫巴氧气或氮气）中PLD之后获得的，并且沉积材料的原子面密度为约10 - 15 cm-2。空气中NO2检测的最终水平，从实验数据推断，在室温下在温和的紫外线激发下，是低于1 ppb。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Graphene Based Sheets by Fluorescence Quenching Microscopy
基于石墨烯的片材由于其优异的机械、电学和热学性能而引起了极大的兴趣。允许快速观察这些单原子层的通用可视化方法将是非常期望的，因为它可以极大地促进样品评估和操作，并提供即时反馈以改进合成和处理策略。在这里，我们报告说，石墨烯基片可以通过淬灭染料涂层的发射在荧光显微镜下高度可见，染料涂层可以方便地通过冲洗去除，而不会破坏片。目前用于石墨烯基片的成像技术依赖于使用特殊基底。相反，荧光猝灭机制不再受底物类型的限制。沉积在任意基底上的石墨烯、还原的氧化石墨烯或甚至氧化石墨烯片现在可以容易地通过眼睛可视化，具有用于层计数的良好对比度。还证明了在溶液中悬浮片的直接观察。荧光淬灭显微镜提供了前所未有的成像灵活性，并可能成为表征石墨烯基材料的通用工具。
2009-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Polymer-Derived SiOC Integrated with a Graphene Aerogel As a Highly Stable Li-Ion Battery Anode
无定形聚合物衍生的碳氧化硅（SiOC）作为石墨的替代物是锂离子电池阳极的有吸引力的候选物，石墨的理论容量限于372 mAh/g。然而，SiOC往往表现出差的传输性能和循环性能，作为稀疏分布的碳簇和低效的活性位点的结果。为了克服这些限制，我们通过将聚合物前体溶剂辅助渗透到改性的三维石墨烯气凝胶骨架中来设计和制造层状石墨烯SiOC异质结构。高熔点溶剂的使用促进了前体的冷冻干燥，其在热解之后产生SiOC作为负载在氮掺杂的还原氧化石墨烯气凝胶的表面上的层。这里采用的制造方法修改的SiOC相的组成和微观结构。在所研究的材料中，对于中等SiOC含量的样品获得了最高水平的性能，其中石墨烯网络占系统的19.8重量%。在这些材料中，在低充电速率下实现了751 mAh/g的稳定可逆充电容量。在1480 mA/g的高充电速率下，容量保持率约为1.5%。95%（352 mAh/g）。在所有速率下，第一次循环后库仑效率保持在99%以上。与无支撑的SiOC相比，石墨烯气凝胶SiOC纳米复合材料的所有指标的性能都有很大提高。该性能归因于跨多个长度尺度的机制。富氧的SiO 4-xCx四面体单元和SiOC内的连续游离碳网络的存在提供了用于可逆锂化的位点，而层状石墨烯SiOC异质结构提供了高离子和电子传输。
2021-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Highly wear-resistant and low-friction Si3N4 composites by addition of graphene nanoplatelets approaching the 2D limit
石墨烯纳米片（GNP）由于其优异的固体润滑性能以及机械和热稳定性而成为改善陶瓷复合材料摩擦学性能的最有前途的填料之一。然而，GNP的添加到目前为止仅提供了陶瓷的摩擦学性能的非常有限的改进，特别是关于它们的摩擦系数的降低。这很可能是由于通过暴露表面的高GNP覆盖率实现润滑和保护摩擦膜的挑战。在这里，我们表明，这可以通过有效地增加GNP的剥离度下降到几层（FL）的范围内实现。采用FL-GNP作为填料，Si_3N_4复合材料的耐磨性可提高约20倍，摩擦系数降低近一半，而其它力学性能也得到保持或提高。使用共焦拉曼显微镜，我们能够证明已经在5重量% FL-GNP含量下形成连续的FL-GNP摩擦膜。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Highly sensitive silver decorated-graphene oxide-silicon nanowires hybrid SERS sensors for trace level detection of environmental pollutants
在这项研究中，我们评估了银纳米棱镜/氧化石墨烯/硅纳米线（AgNPr/GO/SiNWs）纳米杂化系统的传感性能，有效地检测有机染料和除草剂残留在淡水通过表面增强拉曼散射（SERS）。均匀和垂直排列的硅纳米线已成功地合成使用金属辅助化学蚀刻技术，通过改变蚀刻时间从10到30分钟。AgNPr/GO/SiNW杂化组装通过旋转涂布的GO，然后滴铸沉积的AgNPr。AgNPr/GO/SiNWs的微结构受到SiNWs刻蚀时间的强烈影响，这反过来又影响了其SERS性能时，罗丹明6 G用作分析物分子。由于GO和AgNPr的协同作用，AgNPr/GO/SiNWs复合材料的SERS响应优于AgNPr/SiNWs。高效率的6.1 × 1010已实现与AgNPr/GO/硅纳米线为基础的传感器与30分钟的蚀刻硅纳米线的罗丹明6 G。使用这些低成本的AgNPr/GO/SiNWs纳米杂化SERS传感器，证明了快速检测饮用水污染物，如亚甲蓝和阿特拉津高达皮摩尔（10-12 M）浓度的有效方法。
2021-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Highly reproducible metal/graphene contacts and stable electrical performance by UV-Ozone treatment
来自器件制造过程的抗蚀剂残留物是金属/石墨烯接触界面污染的一般和重要来源。在本文中，紫外线-臭氧（UVO）处理被证明是一种有效的方法来清洁金属/石墨烯界面。通过使用UVO处理金属/石墨烯接触区域制造的器件的电测量表明，在不影响石墨烯通道本身的电性质的情况下获得金属和石墨烯之间的稳定且高度可再现的低接触电阻。
2013-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Deformable Graphene Kirigami
石墨烯优异的机械性能，包括其已知的最高刚度（1 TPa）和强度（100 GPa），已被用于各种结构应用。然而，石墨烯也被认为是相当脆的，实验测量的拉伸断裂应变不超过百分之几。在这项工作中，我们引入了石墨烯kirigami的概念，其中几乎完全用于宏观结构的概念被应用于显着提高锯齿形和扶手椅石墨烯的拉伸性。具体而言，我们使用经典的分子动力学模拟，石墨烯的屈服和断裂应变可以提高约三倍，使用kirigami相比，标准单层石墨烯。石墨烯的这种增强的延展性不仅在机械上，而且在与石墨烯的电子行为的耦合方面，都应该开辟有趣的机会。
2014-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High Current Density Vertical Tunneling Transistors from Graphene/Highly-Doped Silicon Heterostructures
石墨烯/硅异质结构作为用于各种电子和光子器件的新平台，如势垒电阻器、太阳能电池、光调制器和化学传感器，引起了极大的兴趣。迄今为止的研究主要集中在石墨烯和轻掺杂硅之间的结上，其中肖特基势垒被认为是载流子传输过程的主导因素。在这里，我们报告了一个系统的调查之间形成的异质结石墨烯和高掺杂硅载流子输运。通过改变硅掺杂水平和测量温度，我们表明，通过原生氧化物的隧穿效应的石墨烯/p++-Si异质结的载流子输运占主导地位。我们进一步证明，隧道电流可以有效地调制的外部栅极电场，导致在垂直隧穿晶体管。得益于高掺杂硅的大态密度，我们的隧穿晶体管可以提供超过20 A/cm 2的电流密度，比以前的石墨烯/绝缘体/石墨烯隧穿晶体管在相同的开/关比下高出约两个数量级。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasi-classical cyclotron resonance of Dirac fermions in highly doped graphene
利用红外磁透射技术研究了高掺杂石墨烯中的回旋共振。与以前的工作，这只集中在量子制度的石墨烯的磁光特性，在这里，我们研究这个系统的准经典响应。我们证明了它具有经典回旋共振的性质，其能量与外加磁场成线性关系，有效回旋质量由费米能级m = E_F/v_F^2的位置确定。
2010-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large and Flat Graphene Flakes Produced by Epoxy Bonding and Reverse Exfoliation of Highly Oriented Pyrolitic Graphite
我们提出了一种制造方法，该方法基于高度取向的热解石墨（HOPG）的厚样品的衬底结合，生产具有几层到单层的大而平的石墨烯薄片，然后将其受控剥离到几个到单个石墨烯原子层。由于石墨底层在剥离过程中紧密结合到基底上，因此获得的石墨烯薄片非常大且平坦，并且存在非常少的折叠和褶皱。横向尺寸为数十微米宽的单层石墨烯片的高出现率通过互补探针进行评估，所述互补探针包括空间分辨显微拉曼光谱、原子力显微镜和静电力显微镜。这种多用途的方法开辟了在任何基底上沉积石墨烯的方法，包括柔性基底。
2008-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature Fabrication of Highly-Efficient, Optically-Transparent (FTO-free) Graphene Cathode for Co-Mediated Dye-Sensitized Solar Cells with Acetonitrile-free Electrolyte Solution
将丙腈电解质溶液与环丁砜或与1-乙基3-甲基咪唑四氰基硼酸盐（离子液体）混合，优化用于在低光照强度下工作的Co（bpy）3+/Co（bpy）2+介导的DSC。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin injection into multilayer graphene from highly spin-polarized Co2FeSi Heusler alloy
我们展示了从高度自旋极化的Co2 FeSi（CFS）Huesler电极在横向自旋阀器件中向多层石墨烯（MLG）中的电自旋注入。通过基于聚合物的转移方法将剥离的MLG转移到在Si（111）衬底上生长的预图案化外延CFS线上。这种方法使我们能够制造多个单晶CFS电极与MLG接触。通过非局域磁电阻（MR）测量检测从CFS到MLG的电自旋注入。观察到430欧姆的非局部自旋信号;这是石墨烯基器件中所有报告的非局部MR值中的最大值。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene -- Based Nanocomposites as Highly Efficient Thermal Interface Materials
我们发现，石墨烯和多层石墨烯的优化混合物-通过高产廉价的液相剥离技术生产-可以导致复合材料的跨平面热导率K的极强增强。“激光闪光”测量揭示了在填料负载分数f =10体积%下石墨烯基聚合物中K的2300%的创纪录高增强。确定了相对高浓度的单层和双层石墨烯薄片（~10-15%）与大横向尺寸（~ 1微米）的较厚多层同时存在对于观察到的不寻常的K增强是必要的。商业导热脂的热导率从初始值~5.8 W/mK增加到K=14 W/mK，在小负载f= 2%，这保持了混合物的所有机械性能。我们的模拟结果表明，石墨烯-多层石墨烯纳米复合材料用作热界面材料优于那些与碳纳米管或金属纳米颗粒，由于石墨烯的纵横比和较低的Kapitza电阻在石墨烯-基体界面。
2012-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
