石墨片吸附氫氣性能和場發(fā)射性能研究.pdf

1、石墨是一種碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間的距離為3.40à，在同一層中，相鄰碳原子之間距離為1.42à。它屬六方晶系且具有完整層狀解理，解理面以分子鍵為主。碳原子與其近鄰的三個碳原子為sp2雜化，形成三個相對較強的?鍵。剩下的一個電子局域性較弱，在垂直于石墨表面方向上與周圍的原子形成?鍵，層與層之間存在較弱的范德瓦爾斯力。納米結(jié)構(gòu)的石墨片具有很多性能，本論文主要探討了吸附氫氣性能和場致發(fā)射性能。
　　

2、目前，能源危機和環(huán)境污染已成為世界性的問題，氫氣作為新一代燃料正被人們所重視，但儲存氫氣成為首要解決問題。研究石墨片吸附氫氣的作用機理有利于利用石墨片的吸附性能來為儲存氫氣提供一條有效的途徑。本文以石墨片最簡化的情況即單原子層石墨片為研究對象，以基于密度泛函理論的Castep軟件為研究手段，主要從以下三個方面來研究了單層石墨片吸附氫氣性能；（1）從能量角度討論了本征單層石墨片對氫氣的吸附，并與其它納米碳材料(碳納米管、C60)吸附能力進

3、行了比較。（2）從能帶以及態(tài)密度出發(fā)，對單層石墨片與氫氣的吸附行為作出了解釋。發(fā)現(xiàn)本征單層石墨片并不是一種理想的儲氫材料。（3）利用摻雜改變石墨片的電子結(jié)構(gòu)。主要包括摻雜Al原子以及先吸附一個過渡金屬原子(Pt)對單層石墨片吸附氫氣性能的影響。發(fā)現(xiàn)摻雜過后吸附能明顯增大、氫氣的最高占據(jù)分子軌道和最低未占分子軌道之間的差值明顯減小、氫氣與其它原子之間的電荷轉(zhuǎn)移明顯增大。這些都有利于單層石墨片對氫氣的吸附。
　　隨著真空微電子技術(shù)發(fā)展

4、,關(guān)于場發(fā)射顯示器件和其他電子器件的冷陰極電子源的研究受到人們的廣泛關(guān)注。而以納米金剛石、碳納米管、碳納米纖維為代表的納米碳材料更是成為冷陰極材料方面的研究熱點，2004年，人們發(fā)現(xiàn)了二維石墨烯，它不僅具有磁輸運、半金屬性等性質(zhì)，還具有一定的場發(fā)射性能。本文采用（CVD）法制備出了一種納米石墨片材料，用場發(fā)射掃描電鏡和拉曼光譜對其形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征，發(fā)現(xiàn)表面形狀為花瓣片狀結(jié)構(gòu)，邊緣具有突出尖端。采用二極結(jié)構(gòu)對這種材料的場發(fā)射性能進行測