删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

力学所发现三维石墨烯泡沫材料中的电导率极大现象

本站小编 Free考研/2020-05-23

閹存劒璐熺拠鍙ュ敩鐞涱煉绱濋崚鍡曢煩鐠囧墽鈻肩挧鍕灐闁剧偓甯寸亸杈厴閼惧嘲褰�40%閹绘劖鍨氱挧姘舵尪閿涳拷
閹恒劌绠嶇挧姘舵尪閺夊啰娉妴鍌濐嚦娴狅綀銆冮崣顖炩偓姘崇箖娴滄帟浠堢純鎴犵搼闁柨绶炴稉鐑樻拱缁旀瑦甯归獮鍨吅娴肩姭鈧钒IP娴兼艾鎲抽垾婵撶礉閻€劍鍩涢柅姘崇箖鐠囧彞鍞悰銊ф畱閸掑棔闊╅柧鐐复閹存牗鎹i幎銉ㄥ枠娑旀澘鎮楅敍宀冾嚦娴狅綀銆冮懢宄板絿40%閹绘劖鍨氶妴鍌濐嚦娴狅綀銆冪拹顓濇嫳閺堫剛鐝禒璁崇秿娴溠冩惂閿涘苯娼庢禍顐㈠綀9閹舵ǜ鈧倸鐨㈤崚鍡曢煩闁剧偓甯撮妴浣规崳閹躲儱娴橀悧鍥╃搼閿涘苯褰傞崚鏉款劅閺嵚ゎ啈閸ф稏鈧胶娅ㄦ惔锕佸垱閸氀佲偓浣镐簳閸楁哎鈧礁浜曟穱掳鈧傅Q缁屾椽妫块妴浣虹叀娑斿簺鈧浇鐪撮悺锝囩搼閸氬嫬銇囬獮鍐插酱閵嗭拷

  在传统泡沫材料中,电学性能通常不是最关键的性能。但是,三维石墨烯泡沫材料则截然不同,电学性能对于该材料在功能器件方面的应用尤为重要。事实上,合成三维石墨烯泡沫材料的一个重要目的就是为了继承单层石墨烯卓越的电学性能。尽管实验上一直尝试研究甚至改进石墨烯泡沫材料的电学性能,但理论研究的缺乏制约了该方向的进一步发展。这一尴尬局面主要源于石墨烯泡沫材料的复杂性,如石墨烯薄片的多重自由度(层数、尺寸)以及该问题的多尺度特性(涉及到电子德布罗意波长、石墨烯薄片尺度、石墨烯薄片相互接触的特征尺度)。
  近期,中科院力学所刘峰副研究员与王超副研究员合作提出了一种理论框架,系统研究了三维石墨烯泡沫的导电性能,并在该体系中发现了电导率极大现象。在该理论框架中,导电过程被分为两个等级。第一级,即最底层,利用介观输运理论结合紧束缚模型研究石墨烯薄片间的电导。第二级,通过分子动力学模拟研究三维石墨烯泡沫材料的网状结构,并提取平均接触面积、平均接触点密度等几何特征。结合这两方面信息即可理论计算石墨烯泡沫材料的电导及电导率。该研究发现石墨烯泡沫材料存在电导率极大现象(即随石墨烯薄片层数的增加,电导率先增大后减小),并进一步揭示了该现象的物理机制。

  图1.理论框架。(a)第一级:研究石墨烯薄片间的电导。(b)第二级:提取平均接触面积、平均接触点密度等几何特征。 (c) 理论计算结果表明存在电导率极大现象。
  众所周知,在传统泡沫材料中,存在一个优化泡沫密度使热绝缘能力达到最强,这源于固体中热传导与热辐射之间的竞争。而该研究首次在理论上提出存在一个优化层数使三维石墨烯泡沫材料电导率达到最大,并对其物理机制进行了系统研究。该工作为优化三维石墨烯泡沫材料的导电性能提供了理论基础,并将促进该材料在功能器件方面的应用。
  进一步,该研究还分析了变形下三维石墨烯泡沫材料的导电性能。在循环加载下,电阻的变化逐渐趋于稳定,同时伴随有滞回环的出现,这与实验观测定性一致。由于大变形是泡沫材料的一个重要特性,研究大变形下石墨烯泡沫材料的导电性能对于应变传感、应变调控等方面的实际应用具有重要的指导意义。

  图2. 外载作用下,三维石墨烯泡沫材料的电阻变化规律。(a)不同应变下,三维石墨烯泡沫材料的结构演化。(b)电阻随应变的变化。(c)循环加载下电阻的变化。(d)第七次循环加载下电阻随应变的变化。
  相关结果发表在Small上(F. Liu, C. Wang, Q. Tang, Conductivity Maximum in 3D Graphene Foams,Small 2018, 1801458. https://doi.org/10.1002/smll.201801458)。该工作获得了国家自然科学基金、中科院B类先导项目的支持。


附件:

娑撯偓閺夘垰銈堕懠鍓佹畱闁藉崬姘ㄩ崣顖欎簰娑旀澘鍩岄懓鍐埡娑撴挷绗熺拠鎹愮カ閺傛瑱绱�
2娑撳洨顫掗懓鍐埡閻㈤潧鐡欐稊锔肩礄妫版ê绨遍妴浣筋潒妫版垯鈧礁鍙忔總妤勭カ閺傛瑱绱氶崣濠傚坊楠炲婀℃0姗堢礉濞戠數娲�547閹碘偓闂勩垺鐗�4娑撳洣缍戞稉顏団偓鍐埡閼板啫宕ユ稉鎾茬瑹缁夋垹娲伴妴浣解偓鍐埡閸忣剙鍙$拠鎾呯礄閺€鎸庝笉閼昏精顕㈤弫鏉款劅閿涘鈧拷40缁夊秳绗撴稉姘鳖敋婢诡偓绱欓柌鎴g€虹涵鏇烇紜閵嗕府BA閵嗕礁娴楅梽鍛櫌閸旓紕顢氭竟顐犫偓浣规煀闂傝绱堕幘顓狀敋婢诡偁鈧胶銇炴导姘紣娴f粎顢氭竟顐ょ搼閿涘鈧拷28缁鎮撶粵澶婎劅閸旀稓鏁电涵鏇氱瑩娑撴哎鈧拷1130缁夊秶绮¢崗鍛婃殌閺夋劑鈧拷
相关话题/材料 优化

閹存劒璐熺拠鍙ュ敩鐞涱煉绱濋崚鍡曢煩鐠囧墽鈻肩挧鍕灐闁剧偓甯寸亸杈厴閼惧嘲褰�40%閹绘劖鍨氱挧姘舵尪閿涳拷
閹恒劌绠嶇挧姘舵尪閺夊啰娉妴鍌濐嚦娴狅綀銆冮崣顖炩偓姘崇箖娴滄帟浠堢純鎴犵搼闁柨绶炴稉鐑樻拱缁旀瑦甯归獮鍨吅娴肩姭鈧钒IP娴兼艾鎲抽垾婵撶礉閻€劍鍩涢柅姘崇箖鐠囧彞鍞悰銊ф畱閸掑棔闊╅柧鐐复閹存牗鎹i幎銉ㄥ枠娑旀澘鎮楅敍宀冾嚦娴狅綀銆冮懢宄板絿40%閹绘劖鍨氶妴鍌濐嚦娴狅綀銆冪拹顓濇嫳閺堫剛鐝禒璁崇秿娴溠冩惂閿涘苯娼庢禍顐㈠綀9閹舵ǜ鈧倸鐨㈤崚鍡曢煩闁剧偓甯撮妴浣规崳閹躲儱娴橀悧鍥╃搼閿涘苯褰傞崚鏉款劅閺嵚ゎ啈閸ф稏鈧胶娅ㄦ惔锕佸垱閸氀佲偓浣镐簳閸楁哎鈧礁浜曟穱掳鈧傅Q缁屾椽妫块妴浣虹叀娑斿簺鈧浇鐪撮悺锝囩搼閸氬嫬銇囬獮鍐插酱閵嗭拷