PEG Branched Polymer for Functionalization of Nanomaterials with Ultralong Blood Circulation
近年来，纳米材料在生物和医学应用中得到了积极的追求。在这里，我们报告了几种新的聚（乙二醇）接枝支链聚合物的功能化的各种纳米材料，包括碳纳米管，金纳米粒子（NP）和金纳米棒（NR）的合成，为这些材料提供高的水溶性和稳定性。我们合成了不同的表面活性剂聚合物基于聚-（g-谷氨酸）（gPGA）和聚（马来酸酐-alt-1-十八烯）（PMHC 18）。我们使用gPGA丰富的游离羧酸基团来连接亲脂性物质，如芘或磷脂，其通过强大的物理吸附与纳米材料结合。此外，gPGA上的剩余羧酸或PMHC 18的胺反应性酸酐然后被PEG化，提供延伸的亲水基团，提供聚合的两亲物。我们表明，由聚合物官能化的单壁碳纳米管（SWNT）、Au NP和NR在不同pH值、高温和血清的水溶液中表现出高稳定性。此外，聚合物包覆的单壁碳纳米管在静脉注射到小鼠体内时表现出显著的长血液循环（t1/2 22.1 h），远远超过了之前的5.4 h记录。超长的血液循环时间表明小鼠网状内皮系统（RES）对纳米材料的清除大大延迟，这是纳米材料体内应用（包括成像和药物递送）的一个非常理想的特性。
2009-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar chemical bonding between thorium and a carbon hexagon in carbon nanomaterials
我们探索了一种不寻常的性质的化学键的钍原子与六个碳原子的环（六边形）在新的碳材料。我们在Hartree-Fock水平上对Th基富勒烯（Th@C60，Th@C20）和Th与苯或苯的结合进行了从头计算，并考虑了范德华相互作用的二级微扰（MP2）修正，结果表明，钍原子的最佳位置是它面对六边形的中心，并且位于距离中心2.01-2.07 A的位置.对于包封在C60中的Th，在2.01 A处发现，而其他局部能量最小值被转移到更大的能量（0.22 eV和更高）。在C60内部，当Th面向五元碳环（五边形）的中心时，观察到在1.17 eV处的最高局部最小值。基于我们对Th与苯和晕苯的计算，其中Th的全局最小值对应于其在距六边形中心2.05 A（苯）或2.02 A（晕苯）处的位置，我们得出结论，很明显的最小值可能存在于石墨烯和单壁碳纳米管中。Th的基态为单重态，其它高自旋态（三重态和五重态）的能量较高（> 1.62 eV）。我们讨论了一个潜在的使用碳纳米材料与229 Th同位素具有光学范围的核跃迁，用于荧光目的。
2020-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current and future applications of PVDF-carbon nanomaterials in energy and sensing
该综述系统总结了聚偏氟乙烯（PVDF）与碳纳米材料（CNM）协同系统在电磁屏蔽、传感、生物材料、能源收集等领域的多模态应用，强调了材料化学与工程学融合的前沿进展。
2024-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanomaterials : a review of the definitions, applications, health effects. How to implement secure development Nanomatériaux : une revue des définitions, des applications, des effets sanitaires et des moyens à mettre en oeuvre pour un développement sécurisé
纳米材料是一个活跃的研究领域，也是一个全面扩张的经济部门，涉及许多应用领域。例如，法国生产的最常见的纳米材料（如二氧化硅，钛白，炭黑）是在数十万吨。至于任何创新，都必须考虑风险，必要时制定规则，保护消费者和工人的健康。本文特别讨论了定义这些材料的困难，对人类或环境毒性的知识状况以及负责安全的要求和机构。Les nanomatériaux représentent un domaine de recherche actif mais aussi un secteur économique en pleine expansion en vue de nombreuses applications.与法国生产的优质材料（如硅、钛的二氧化物、碳的黑色）相比，产量减少了数百万吨。这是一种全方位的创新，它方便了人们对风险的询问，也是保护消费者健康和劳动力安全的必要规则。特别是讨论了确定材料的困难、对人体毒性材料的认识或对安全材料的处方。
2011-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Environmental Remediation Applications of Carbon Nanotube and Graphene Oxide: Adsorption and Catalysis
废水等环境问题已经影响到我们生活的各个方面。将现有的修复解决方案与探索新的功能性碳纳米材料（如碳纳米管，氧化石墨烯，石墨烯）从不同的角度结合起来，将为理解环境问题，现象并找到与自然相处的方法开辟新的途径。本文综述了利用低维碳纳米材料及其复合材料作为吸附剂、催化剂或催化剂支持剂来实现社会可持续发展所面临的各种挑战的潜在环境修复解决方案。
2019-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Designed Three-Dimensional Freestanding Single-Crystal Carbon Architectures
单晶碳纳米材料导致了纳米技术的巨大进步。第一个单晶碳纳米材料富勒烯是以零维形式制造的。一维碳纳米管和二维石墨烯随后出现，并继续为这一领域提供进一步的动力。在这项研究中，我们制造设计的三维（3D）单晶碳结构，通过使用碳化硅模板。对于这种方法，通过执行简单的单步热处理，将设计的3D SiC结构转化为保留原始SiC结构的3D独立单晶碳结构。3D碳结构内部的SiC结构是自蚀刻的，这导致3D独立的碳结构。3D碳结构是具有与石墨烯相同的六方密堆积结构的单晶。碳结构的尺寸可以从纳米级控制到微米级，并且这些结构的阵列可以按比例放大到晶片级。发现3D独立碳结构即使在重复加载之后也是机械稳定的。研究了碳结构的可逆机械变形与其电导之间的关系。我们制造设计的3D独立单晶石墨烯架构的方法开辟了单晶碳纳米材料领域的前景，并为3D单晶碳器件的开发铺平了道路。
2014-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skeletal Density Measurements for Adsorbent Nanomaterials
本文通过氦比重法测量了多种生物质及聚合物衍生吸附剂碳材料的骨架密度，并定量分析了骨架密度低估对氢气过剩吸附测量等工程计算量的显著影响。
2024-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Uncooled Carbon Nanotube Photodetectors
光电探测器在遥感、夜视、侦察、医学成像、热成像和化学检测等许多应用中起着关键作用。诸如性能、可靠性、易于集成、成本、重量和形状因子之类的若干性质在确定用于特定应用的光电探测器的属性时都是重要的。虽然在过去的几十年中已经使用了许多材料来满足整个电磁波谱的光电探测需求，但纳米材料的出现为光电探测器开辟了新的可能性。特别是，碳基纳米材料，如碳纳米管（CNT）和石墨烯具有独特的性能，最近已被探索用于光电探测器。在这里，我们回顾了该领域的现状，提出了广泛的覆盖面的不同类型的光电探测器，已实现与碳纳米管，特别强调的类型的机制，管理他们的操作。我们提出了这样的检测器的主要性能指标的比较总结，并展望性能改进。
2015-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual scenario of the temperature evolution of magnetic state in novel carbon-based nanomaterials
研究了两种掺杂Au和Co的多孔碳基样品。中子衍射研究揭示了两种样品的无定形结构。Co掺杂样品在2.6K下呈现出长程铁磁有序。NMR研究表明，样品是用初始芳族化合物的部分碳化获得的，并且没有达到玻璃碳的状态。磁化强度、对弱交流磁场的纵向非线性响应和电子磁共振数据证明了在300 K以上的样品中存在FM团簇。在Au掺杂样品中的FM有序的短程特性在T $_C \approx$ 210 K以下转变为另一种非均匀FM状态。除了FM集群，这种状态包含一个子系统与长程FM排序（矩阵）形成的顺磁中心，存在于集群之外。非线性响应的数据表明，远程FM矩阵，这可能是连接到一个多孔的样品结构的一个可解释的字符。的磁化强度数据给出的证据，形成一个不均匀的状态，在Co掺杂的样品，类似于在Au掺杂的一个。然而，这种状态是在更高的温度下形成的，远高于350 K，并表现出更均匀的FM纳米颗粒和FM矩阵的排列。掺金样品的磁化强度对温度的依赖性归因于冷却时FM基质中畴形成机制的变化，与其FM状态的不均匀特征有关。在低于350 K的Co掺杂样品中不存在这种特性，这与该样品在高得多的温度下形成FM态一致。进一步冷却到T ~ 3（10）K以下，两种样品的磁化强度都急剧增加。这是由于在低温下的非均匀FM状态的域重排。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Importance of Gas Heating in Capacitively Coupled Radiofrequency Plasma-assisted Synthesis of Carbon Nanomaterials
本文通过实验与等离子体诊断发现电容耦合射频反应器中气体温度梯度限制了金刚石sp3形成，并构建热收缩区模型解释非晶石墨产物的成因。
2024-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Water flow in single-wall nanotubes: Oxygen makes it slip, hydrogen makes it stick
实验测量已经报道了氮化硼纳米管中不存在的碳纳米管中的超快和半径依赖的水传输。尽管付出了相当大的努力，这种对比（和迷人的）行为的起源仍然不为人所知。在这里，借助基于机器学习的分子动力学模拟，提供第一原理的准确性，我们研究水在单壁碳和氮化硼纳米管的传输。我们的模拟揭示了一个大的，半径依赖的流体动力学滑动与水经历确实是一个$\approx 5$倍，碳表面上的摩擦相比，氮化硼。对两种材料的扩散机制的分析表明，碳上的快速水传输是由容易的氧运动控制的，而氮化硼上的更高摩擦力来自特定的氢-氮相互作用。这项工作不仅为单壁纳米管中的水流提供了前所未有的精确度，而且还为未来的技术应用提供了对其半径和材料依赖性的详细机理见解。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
From Pure Mathematics to Macroscale Applications: The Genesis of Schwarzites
本文综述了 Schwarzites 从数学概念到碳纳米材料再到 3D 打印宏观应用的发展历程，系统总结其结构、电子、热学和力学性质，并讨论合成进展与实际应用前景。
2024-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Prediction of Three-Dimensional $sp^2$-free Graphyne-Based Nanomaterials via Density Functional Theory
University of Bras\' i lia, College of Technology, Department of Electrical Engineering, 70910-900, Bras\' i lia, Federal District, Brazil.
本文通过密度泛函理论预测了三维无sp²碳炔基纳米材料，研究了其结构稳定性及机械、电子和光学性质，发现β-3DGY和γ-3DGY具有独特的性能。
2026-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Single-crystal-like Nanoporous Carbon Membranes and Their Applications in Overall Water Splitting
具有确定的化学组成和孔结构的纳米多孔石墨碳膜是积极追求的新型纳米材料。与在能量产生/转换和环境修复中主导多孔碳研究和应用的易于制造的多孔碳粉末相比，多孔碳膜由于其结构完整性、互连性和纯度而从应用角度来看更具挑战性。在这里，我们报告了一个简单的自下而上的方法来制造大尺寸的，独立的，多孔碳膜，具有不寻常的单晶状石墨秩序和分层孔结构加上有利的氮掺杂。当负载有钴纳米颗粒时，这种碳膜用作用于整体水裂解的高性能碳基非贵金属电催化剂。
2017-01-20 cond-mat.mtrl-sci
A Structural Insight into Mechanical Strength of Graphene-like Carbon and Carbon Nitride Networks
石墨烯是有史以来发现的最强材料之一，在过去十年中引发了许多2D材料的探索。然而，成功合成稳定的纳米材料需要对其结构和强度之间的关系有基本的了解。在本研究中，我们通过广泛的密度泛函理论计算，研究了8种不同的碳基二维纳米材料的力学性能。所考虑的结构是最近才实验合成或理论预测的。给出了相应的应力-应变曲线和弹性模量。它们可用于训练大规模仿真的力场参数。这些结果的比较分析揭示了单位面积的原子密度和弹性模量之间的直接关系。此外，对于具有扶手椅和Z字形取向的网络，我们观察到它们在Z字形方向上比扶手椅方向更可拉伸。的角分布和径向分布函数的临界分析表明，这可能是由于网络的更高的能力，以抑制在锯齿形方向上的键通过变形的键角的伸长。这项工作中提供的结构解释不仅提高了对2D材料强度的一般理解，而且使我们能够合理地设计它们以获得更高的质量。
2017-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Controlled Growth, Patterning and Placement of Carbon Nanotube Thin Films
本论文主要研究碳纳米管（CNT）薄膜的可控生长、图案化和放置。CNT膜的密度通过优化进料气体组成以及化学气相沉积工艺中生长催化剂的浓度来控制。碳纳米管的密度在0.02 ~ 1.29 CNTs/μ m^2之间。然后使用生长前或生长后技术成功地图案化所得的原始CNT薄膜。通过开发与硝酸铁催化剂相容的分层光致抗蚀剂工艺，获得了对流行的预生长图案化方法的显著改进。传统的后生长图案化方法的局限性通过用热塑性或金属印模选择性转印CNT来规避。所得CNT薄膜的生长图案具有与标准光刻相当的边缘粗糙度（< 1 μm）和分辨率（< 5 μm）。底栅CNT薄膜器件的场效应迁移率高达20 cm^2/Vs，开/关比为10^3。这里讨论的图案化和转印方法有可能被推广到包括新的设备配置中的其他纳米材料。
2010-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Second-Order Raman Scattering in Exfoliated Black Phosphorus
本研究在剥离黑磷中识别出四个由缺陷激活的二阶拉曼模式，结合实验表征与从头算模拟揭示其双共振散射机制，为解释相关文献分歧提供了依据。
2024-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Understanding adsorption of hydrogen atoms on graphene
采用基于平面波的周期性密度泛函理论，通过第一性原理电子结构方法研究了氢原子在单层石墨（石墨烯）上的吸附.一个相当大的5 × 5表面晶胞已被用来研究单和多个吸附的H原子。结合能和势垒连续粘贴已计算出一些配置涉及吸附在碳原子上。我们发现，每个原子的结合能范围从~0.8 eV到~1.9 eV，与障碍坚持在0.0-0.2 eV的范围内。此外，根据吸附的氢原子的数量和位置，我们发现，磁结构可能会形成自旋密度定位在一个$\sqrt{3}{x}\sqrt{3}{R}30^{\circ}$子晶格，并为顺序吸附的结合（势垒）能增加（减少）与网站集成磁化线性。这些结果可以合理化的平面$π$共轭系统的价键共振理论的帮助下，并建议，由于无势垒吸附的优先粘附是有限的氢对的形成。
2008-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Controlled Transition Metal Nucleated Growth of Carbon Nanotubes by Molten Electrolysis of CO$_2$
在熔融碳酸盐中电解CO $_2$已被引入作为一种替代机制，以高产率低成本地合成碳纳米材料。直到最近，CO $_2$被认为是无反应的，使其清除成为一个挑战。CO $_2$是人为全球变暖的主要原因，其利用和转化为稳定，有价值的材料提供了一个激励途径，以减缓气候变化。本研究的重点是在熔融碳酸锂中控制电化学条件，将从大气中吸收的CO $_2$分解成碳纳米管，并分解成各种宏观的CNT组装体，这可能对纳米过滤有用。通过改变阳极和阴极的组成和结构、电解液的组成和预电解处理、以及改变电流施加和电流密度，电化学制备了不同形貌的碳纳米管。通过SEM、TEM、HAADF、EDX、XRD和Raman等分析手段，对碳纳米管的形貌结构和碳纳米管熔融碳酸盐的生长机理进行了研究。CNT生产的主要商业技术是化学气相沉积，其更昂贵一个数量级，通常需要金属有机物而不是CO $_2$作为反应物，并且可以是高能量和CO $_2$排放密集的（携带高碳正足迹，而不是负足迹）。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Physicochemical Characterization of a New 2D Semiconductor Carbon Allotrope, C16: An Investigation via Density Functional Theory and Machine Learning-based Molecular Dynamics
本研究结合 DFT 与机器学习分子动力学，表征新型二维碳材料 C16 的稳定性及电子、光学、热电和力学性能，证明其在能量转换领域具有应用潜力。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Potential reversible hydrogen storage in Li-decorated carbon allotrope PAI-Graphene: A first-principles study
本文通过第一性原理计算研究锂修饰的二维多孔碳材料 PAI-石墨烯的储氢性能，发现其可实现 15.7% 的超高可逆氢吸收，远超 DOE 目标，并揭示了 Li 原子电离、静电吸附及防聚集机制。
2023-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Exploring thermal expansion of carbon-based nanosheets by machine-learning interatomic potentials
二维纳米材料的热膨胀研究是一个具有挑战性的理论任务，无论是从头算还是经典的分子动力学模拟。在这方面，虽然从头算分子动力学（AIMD）模拟提供了非常准确的预测，但从计算的角度来看，它们的要求过高。另一方面，经典的分子动力学模拟可以以负担得起的计算成本进行，但没有研究新材料和组合物所需的预测精度。在此，我们探讨了热膨胀的几个碳基纳米片的基础上，机器学习的原子间相互作用势（MLIP）。我们表明，被动训练MLIPs在廉价的AIMD轨迹，使检查复杂的纳米膜在很宽的温度范围内的热膨胀。被动拟合MLIP也可以与出色的精度再现声子色散关系预测的密度泛函理论计算。我们的研究结果强调，被动训练MLIP的基础上设计的方法是计算效率和通用的精确检查的热膨胀的复杂和新颖的材料和组合物使用的分子动力学模拟。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anthraphenylenes: Porous 2D Carbon Monolayers with Biphenyl-Anthracene Frameworks and Type-II Dirac line nodes
本研究通过密度泛函理论提出并表征了三种源自联苯与Dewar-蒽基元的新型多孔二维碳同素异形体，揭示其金属性、II型狄拉克线节点及各向异性力学性能。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsically ultrastrong plasmon-exciton interactions in crystallized films of carbon nanotubes
在腔量子电动力学中，与腔强耦合的光发射体产生具有发射体和腔激发特性的极化激元。我们表明，碳纳米管可以结晶成芯片级，二维有序的薄膜，这种新材料使内在的超强发射极腔相互作用：而不是与外部腔相互作用，纳米管激子耦合到近红外等离子体共振的纳米管本身。我们的多晶纳米管薄膜具有六方晶体结构，约25 nm的域，和1.74 nm的晶格常数。由于这种极高的纳米管密度和接近理想的等离子体激子空间重叠，等离子体激子耦合强度达到0.5 eV，这是裸激子能量的75%，接近室温超强耦合的记录。结晶纳米管薄膜代表了纳米材料组装的一个里程碑，并为高载流量导体，低功率光开关和可调谐光学天线提供了令人信服的基础。
2018-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoscale Water Behavior and Its Impact on Adsorption: A case study with CNTs and Diclofenac
本研究利用分子动力学模拟分析了水分子结构对双氯芬酸钾在单壁和双壁碳纳米管上吸附动力学的影响，发现水合层会显著改变吸附能垒，为优化水净化纳米材料的设计提供了重要指导。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unveiling the thermal transport properties of Biphenylene nanotubes: A molecular dynamics study
本文通过反向非平衡分子动力学模拟研究联苯烯纳米管的热输运性质，发现其室温晶格热导率比单壁碳纳米管低至少一个数量级，并系统分析了长度、直径和温度的影响及声子机制。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
A programmable wafer-scale chiroptical heterostructure of twisted aligned carbon nanotubes and phase change materials
本研究设计并实验实现了含扭曲排列碳纳米管与相变材料的晶圆级可编程手性光学异质结构，借助机器学习框架优化CD响应可调性，验证了相变调控、极性反转及碳纳米管双重功能，为手性光子器件研究提供了可扩展平台。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Influence of Waviness on the Elastic Properties of Aligned Carbon Nanotube Polymer Matrix Nanocomposites
一维纳米材料，特别是定向碳纳米管（A-CNTs），在增强聚合物材料方面的应用前景越来越受到人们的关注。虽然早期的工作已经表明，碳纳米管具有显着的理论性能，最近的工作对齐的碳纳米管聚合物基体纳米复合材料（A-PNC）的机械性能，是数量级低于混合物的规则预测。这种大的差异主要源于增强A-PNC的CNT的形态，其具有通常被称为波度的显著局部曲率，但通常使用过度简化的直柱几何形状来建模。在这里，我们使用能够分析10个具有真实随机形态的$^{5}$波状CNT的模拟框架来研究波纹度对波状A-CNT的柔顺性对A-PNC的有效弹性模量的贡献的影响，并表明波度是负责的数量级\textit{over-prediction}的A-PNC有效模量由现有的理论框架，既忽略了剪切变形机制，并没有正确地考虑CNT形态。计划进行额外的工作，以量化A-PNC的三维形态，并模拟其全弹性本构关系。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Calculation of the graphene C 1$\textit{s}$ core level binding energy
X射线光电子能谱学（XPS）结合第一性原理模型是确定新材料化学组成和电子结构的有力工具。其中，石墨烯是理解其他碳纳米材料性质的特别重要的模型系统。在这里，我们计算碳1 $\textit{s}$核心水平的结合能的原始石墨烯使用两种方法的基础上的密度泛函理论的总能量差：计算与一个明确的核心空穴（$Δ$ KS），和一种新的全电子扩展的δ自洽场（$Δ$ SCF）方法。我们系统地研究了它们的收敛性和计算量，以及能量对所选交换相关泛函的依赖性。$\mathrmΔ$ SCF方法计算更昂贵，但能给出更高的C1 $\textit{s}$结合能.虽然有一个显着的功能依赖性，使用PBE功能计算的结合能被发现是非常接近已被测量的石墨。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sodium-Decorated Ennea-Graphene: A Novel 2D Carbon Allotrope for High-Capacity Hydrogen Storage
本文通过DFT计算提出钠修饰的烯九石墨烯作为新型二维储氢材料，其每个钠原子可逆吸附4个H2分子，容量达8.8 wt%，超过美国能源部2025年目标。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
