【摘 要】
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石墨烯是目前最具应用前景的纳米材料之一,六方氮化硼(h-BN)具有与石墨烯相似的蜂窝状结构。由石墨烯和h-BN构成的层状异质二维材料具有独特的性质,其在未来的电子功能器件和
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石墨烯是目前最具应用前景的纳米材料之一,六方氮化硼(h-BN)具有与石墨烯相似的蜂窝状结构。由石墨烯和h-BN构成的层状异质二维材料具有独特的性质,其在未来的电子功能器件和光电器件等领域具有广阔的应用前景。本文通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法和力学建模对石墨烯/h-BN异质结构的界面相互作用及少层石墨烯和氮化硼褶皱的力电耦合性能进行了深入的研究,揭示了表面功能化对石墨烯/h-BN异质结构界面摩擦性能的影响规律和少层石墨烯和氮化硼起皱力学行为对电学性能的作用机制。本文的研究内容和创新点如下:(1)表面功能化对石墨烯/h-BN异质结构的界面摩擦影响:我们的第一原理计算表明吸附的氟和氧原子能够显著地抑制了层间静电和范德华(vdW)相互作用,使得表面氟化和氧化可以显著地降低公度的石墨烯/h-BN异质结构的界面摩擦。同时我们建立的相应的Registry Index模型进一步揭示了氟原子和氧原子在影响层间滑动摩擦性能的作用之间的差异,并预测了大规模氧化石墨烯/h-BN异质结构体系中会出现层间超润滑。(2)少层石墨烯和h-BN褶皱的力电耦合:我们通过第一原理计算和连续介质力学建模研究了少层石墨烯和h-BN褶皱的力电耦合现象。我们的力学模型可以很好地描述少层石墨烯和hBN的起皱行为和弯曲变形,其估算的石墨烯和h-BN的弯曲刚度与其它理论和实验结果吻合的较好。随着厚度增加,由于褶皱几何形状变化而增强的层间相互作用可以显著地影响少层石墨烯和h-BN褶皱的电荷密度分布。与单层石墨烯和h-BN褶皱相比,少层石墨烯和h-BN褶皱的电学性能对弯曲变形更为敏感。
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