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小转角双层石墨烯体系的结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学 2021-04-10
激光诱导宏观二维石墨烯纸及其功能复合材料
该项目利用先进激光诱导石墨烯技术(Laser Induced Graphene, LIG)成功制备出无基质的大尺寸石墨烯纸,并可对其结构和性能进行精准调控,为石墨烯的广泛应用提供了有力支撑。该方法不仅实现了石墨烯纸的连续/高效/低成本/大规模制备,还可对石墨烯纸进行多尺度/图案化/不同结构的定制化制作,同时性能可调控的特点有效扩展了石墨烯纸的多功能应用。
北京航空航天大学 2021-05-09
一种结构可控的三维石墨烯多孔材料制备方法
构建三维多孔结构 CAD 模型,并通过增材制造技术制得相应形 状的三维多孔金属结构;在惰性气体的保护氛围下,将所制得的三维 多孔金属结构升温至 900℃~1500℃,然后冷却至室温;然后进行喷 砂和超声清洗处理以获得金属模板;通过化学气相沉积法在金属模板 上生长石墨烯薄膜;配置腐蚀液并在 60℃~90℃的温度下回流溶解金 属模板,经洗涤和干燥处理后即得到三维石墨烯多孔材料产品。通过 本发明,能够有效克服现有技术中所存
华中科技大学 2021-04-14
一种利用微波燃烧对石墨烯进行可控造孔的方法
本发明公开了一种利用微波燃烧对石墨烯进行可控造孔的方法,采用硝酸盐、醋酸盐或者银单质和氧化石墨烯作为原料,首先将原料进行均匀包覆、冷冻、干燥处理,通过控制原料的成份、浓度和冷冻与干燥的时长,制得各种成分、各种均匀性的复合物;通过对该复合物进行微波燃烧处理、控制微波处理时长得到不同孔径分布的多孔石墨烯;本发明提供的这种方法在 6~45s 反应时间内获得多孔石墨烯,主孔径在 5nm~200nm 范围内,快速简单的实现对复
华中科技大学 2021-04-14
一种石墨烯支撑的微米金核壳结构及其制备方法
本发明公开了一种石墨烯支撑的微米金核壳结构及其制备方法;制备方法包括下述步骤:(1)获得聚苯乙烯微球乳液,并在聚苯乙烯微球乳液中加入改性溶液后进行搅拌,获得表面改性的聚苯乙烯微球乳液;(2)获得微球金种子的凝胶溶液;(3)获得表面有金壳层的聚苯乙烯微球的凝胶溶液;(4)将所述表面有金壳层的聚苯乙烯微球的凝胶溶液进行烘干后获得粉末状的样品;通过将样品在四氢呋喃溶液中浸泡使其在金壳层内壁生长出石墨烯多层并除去聚苯乙烯微球,再进行烘干后获得石墨烯支撑的微米金核壳结构。本发明中改进的单分散法制备的聚苯乙烯微
华中科技大学 2021-04-14
一种同时制备石墨烯和多孔非晶碳薄膜的方法
本发明公开了一种同时制备石墨烯和多孔非晶碳薄膜的方法,包括 S1 对金属镍片衬底进行超声清洗,并烘干后放置于管式炉中;S2向管式炉中通入惰性气体;S3 对管式炉进行升温处理使其达到750℃~1000℃并保持 10 分钟~50 分钟,向管式炉中通入氢气,并对金属镍片衬底进行热处理;S4 向管式炉中通入流量为 20sccm~100sccm 的碳氢化合物,使得经过热处理后的金属镍片衬底催化碳氢化合物裂解以及镍片溶碳后同时生长石墨烯和非晶碳薄膜;S5 对管式炉进行降温处理,并将生长有石墨烯和非晶碳薄膜的镍片
华中科技大学 2021-04-14
一种粉煤灰/氧化石墨烯复合吸附材料的制备方法
(专利号:ZL 201510193865.9) 简介:本发明公开了一种粉煤灰/氧化石墨烯复合吸附材料的制备方法,属于环保材料技术领域。该方法具体制备步骤是:以1g粉煤灰,加入1mL质量浓度为1~5%的壳聚糖溶液浸渍2~3h,然后在50‑80度干燥2~3h,再加入10~20mL2~5g/L氧化石墨烯溶液浸渍8‑12h,同时搅拌2~3h,加水稀释至固相浓度到40g/L时,加入0.5~2mL戊二醛在50~80度下交联3h,滤去液相并用无水乙醇洗涤至中性,在60℃真空干燥5~6h得粉煤灰/氧化石墨烯复合吸附材料。本法制备的复合吸附材料克服了氧化石墨烯难于分离的缺点,又能够同时吸附阴阳离子染料及多种污染物。    
安徽工业大学 2021-04-11
一种聚丙烯腈接枝石墨烯宏观纤维的制备方法
本发明公开了一种聚丙烯腈接枝石墨烯宏观纤维的制备方法。方法为:加入1重量份的石墨烯或氧化石墨烯,10~1000重量份的溶剂,10~1000重量份的丙烯腈单体,氮气保护下加入0.01~10重量份的引发剂,加热到50~95℃,反应1~60小时,经沉淀,离心,洗涤,干燥,得到聚丙烯腈接枝的石墨烯。将聚丙烯腈接枝的石墨烯分散于极性有机溶剂中,制成质量浓度为1~20%的纺丝液溶胶,将纺丝液从纺丝头毛细管中连续匀速挤出,进入凝固液,凝固后的初级纤维在拉力下收集,干燥后获得聚丙烯腈接枝石墨烯的宏观纤维。本发明方法简便、工艺简单、可规模化生产,所获得的石墨烯纤维表现出优异的强度、韧性、模量和导电性,可作为高强度纤维应用于许多工业领域。
浙江大学 2021-04-11
一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法
本发明属于机械切削刀具制造技术领域,涉及了一种激光熔覆石墨烯?陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法。所述自润滑涂层刀具的基体材料为高速钢,刀具前刀面为石墨烯?陶瓷自润滑涂层。该自润滑涂层通过将石墨烯添加至Al2O3或Si3N4基陶瓷混合粉末中,采用CO2激光同步送粉方式在刀具前刀面熔覆制成。该刀具具有韧性好、硬度高及自润滑作用的特点。干切削时,利用石墨烯在陶瓷刀具表面形成连续的固体润滑膜,从而实现刀具本身的自润滑功能。
东南大学 2021-04-11
一种氧化石墨烯3D打印墨水及其制备方法
本发明公开一种氧化石墨烯3D打印墨水及制备方法,其制备所用的原料由氧化石墨烯、交联剂和溶剂组成,各原料用量,按氧化石墨烯:交联剂中的金属阳离子:溶剂为60mg:0.03?1mmol:40ml的比例计算。制备方法即首先用溶剂分别将氧化石墨烯、交联剂超声分散配制成溶液,然后将所得的氧化石墨烯溶液和交联剂溶液混合进行化学交联反应,所得反应液离心、去除上清液,即得氧化石墨烯3D打印墨水,当圆频率为0.9rad/s时,测得其运动粘度可达2800?20800Pa*s。使用后所得的氧化石墨烯三维气凝胶支架,在形变量为60%时,抗压模量为0.42MPa?0.98MPa。
上海理工大学 2021-04-10
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