Nanohybridmaterial av grafenbornitrid

Grafen-bornitrid nanohybridmaterial är en klass av föreningar skapade av grafen och bornitrid nanoark . Grafen och bornitrid innehåller båda inneboende värmeledande och elektriskt isolerande egenskaper. Kombinationen av dessa två föreningar kan vara användbar för att främja utvecklingen och förståelsen av elektronik .

Flera ansträngningar har gjorts för att skapa hybrid nanomaterial för att utforska deras nya egenskaper jämfört med deras individuella beståndsdelar. Studier har visat att nanohybridmaterial på ett distinkt sätt utnyttjar de bästa aspekterna av de individuella beståndsdelarna tillsammans med deras nya funktionaliteter genom strukturell integritet och gränssnittskemisk bindning av beståndsdelarna.

Atomstruktur

Nanohybridmaterial av grafenbornitrid skapas genom syntetiska metoder som elektronstrålesvetsning och kemisk ångavsättning . Olika olika heterostrukturer av grafen och bornitrid kan sättas samman. På grund av deras isostrukturella, nästan gittermatchade och isoelektroniska egenskaper kan de bilda ett tvådimensionellt gränssnitt med en linjegräns som skiljer strukturerna åt. Andra unika strukturer inkluderar bornitridbelagda kolnanorör och dubbla lager av grafen förenade på ett pelarsätt av ett bornitridnanorör. Kopplingen som skapas av detta staplingsarrangemang kan resultera i två olika kopplingskonfigurationer: en symmetrisk koppling med två heptagonala ringar och en asymmetrisk junction med tre åttakantiga ringar. Jämför man de två konfigurationerna verkar den åttakantiga korsningen vara mer stabil på grund av högre pi-pi- staplingsinteraktioner som inducerar orbital överlappning och blandning mellan grafenens C-atomer. Detta introducerar ett högre bandgap , vilket indikerar mer effektiva isoleringsegenskaper.

Figur 1. Exempel på den heptagonala korsningen i pelare av grafen och bornitrid. Denna kopplingsgeometri inducerar mer belastning på pelaren, sänker strukturens stabilitet och höjer inte bandgapet till en isolerande nivå.
Figur 2. Den åttakantiga korsningen när man skapar grafenbor-nitridhybrider. Denna konfiguration är strukturellt mer stabil än den heptagonala, och skapar orbital överlappning i pelaren, sprider ut elektrontätheten och ökar bandgapet i materialet för att likna en elektrisk isolator.

Egenskaper

Egenskaperna hos dessa hybridmaterial varierar mellan egenskaperna hos de ingående atomerna och mellan individuella hybridstrukturer. Grafen anses vara en nollbandshalvledare och bornitrid anses vara en halvledare med bred spalt. Att kombinera de två i olika arrangemang leder till ett variabelt bandgap som kan ställas in av strukturspecifikationer för att ha olika egenskaper. Flerväggiga kolnanorör när de är belagda med bornitrid uppvisar förbättrad termisk aktivitet jämfört med substituenterna, men fungerar som en elektrisk isolator. Grafenskikt kombinerade av bornitridnanorör uppvisar liknande bandgapförändringar, men töjningen av ringpositionen i korsningen inducerar också en pseudomagnetisk kraft på ringstrukturen på grund av elektrondelokaliseringen.

Figur 3. Exempel på ett enda lager av alternerande grafen och bornitrid nanoband. Genom att kontrollera tjockleken och geometrin för varje lager kan de elektroniska och termiska egenskaperna ställas in samtidigt som de bibehåller nästan identiska mekaniska egenskaper som ett enda ark av antingen bornitrid eller grafen.

Ansökningar

Nanohybridmaterial av grafenbornitrid kan vara användbara för vidareutveckling inom nanoelektronik och 3D termiska och mekaniska egenskaper. Teoretiska och experimentella studier har visat att ansträngning av grafen kan resultera i hög flexibilitet och kan ställa in den elektroniska strukturen hos grafen för att producera enorma pseudomagnetiska fält. Denna nya teori öppnar för nya möjligheter för att sila grafenbornitridhybrid för att främja nya koncept inom elektronik.

  1. ^   Sazonova, V.; Yaish, Y.; Üstünel, H.; Roundy, D.; Arias, TA; McEuen, PL (2004). "En avstämbar elektromekanisk oscillator av kolnanorör". Naturen . 431 (7006): 284–287. arXiv : cond-mat/0409407 . Bibcode : 2004Natur.431..284S . doi : 10.1038/nature02905 . PMID 15372026 .
  2. ^   Nandwana, Dinkar; Ertekin, Elif (11 mars 2015). "Ripples, stam och misspassande dislokationer: strukturen av grafen-bornitrid superlattice gränssnitt". Nanobokstäver . 15 (3): 1468–1475. Bibcode : 2015NanoL..15.1468N . doi : 10.1021/nl505005t . PMID 25647719 .
  3. ^   Dimitrakakis, GK; Tylianakis, E.; Froudakis, GE (2008). "Pillared Graphene: A New 3-D Network Nanostructure for Enhanced Hydrogen Storage". Nanobokstäver . 8 (10): 3166–3170. Bibcode : 2008NanoL...8.3166D . doi : 10.1021/nl801417w . PMID 18800853 .
  4. ^   Terrones, M.; Banhart, F.; Grobert, N.; Charlier, J.-C.; Terrones, H.; Ajayan, PM (2002). "Molekylära knutpunkter genom att sammanfoga enkelväggiga kolnanorör". Fysiska granskningsbrev . 89 (7): 075505. Bibcode : 2002PhRvL..89g5505T . doi : 10.1103/physrevlett.89.075505 . PMID 12190529 .
  5. ^ Kondo, D.; Sato, S.; Awano, Y. (2008). "Självorganisation av ny kolkompositstruktur: flerskikt av grafen kombinerade vinkelrätt med inriktade kolnanorör". Tillämpad fysik Express . 1 (7): 074003. Bibcode : 2008APExp...1g4003K . doi : 10.1143/apex.1.074003 .
  6. ^   Nandwana, Dinkar; Ertekin, Elif (2015). "Ripples, stam och misspassade dislokationer: strukturen av grafen-bornitrid superlattice gränssnitt". Nanobokstäver . 15 (3): 1468–1475. Bibcode : 2015NanoL..15.1468N . doi : 10.1021/nl505005t . PMID 25647719 .
  7. ^ Nandwana, Dinkar; Ertekin, Elif (21 juni 2015). "Gitterfelpassning inducerade krusningar och rynkor i plana grafen/bornitrid supergitter". Journal of Applied Physics . 117 (23): 234304. arXiv : 1504.02929 . Bibcode : 2015JAP...117w4304N . doi : 10.1063/1.4922504 .
  8. ^   Sutter, P.; Cortes, R.; Lahiri, J.; Sutter, E. (2012). "Gränssnittsbildning i monolager grafen-bornitrid heterostrukturer". Nano Lett . 12 (9): 4869–4874. Bibcode : 2012NanoL..12.4869S . doi : 10.1021/nl302398m . PMID 22871166 .
  9. ^ a b Yan, W.; Zhang, Y.; Sun, H.; Liu, S.; Chi, Z.; Chen, X.; Xu, J. (2014). "Polyimid nanokompositer med bornitridbelagda flerväggiga kolnanorör för förbättrad värmeledningsförmåga och elektrisk isolering". J. Mater. Chem. A . 2 (48): 20958–20965. doi : 10.1039/c4ta04663c .
  10. ^ a b c d Shayeganfar, F.; Shahsavari, R. (2016). "Elektroniska och pseudomagnetiska egenskaper hos hybridkol/bornitrid nanomaterial via ab-initio beräkningar och elasticitetsteori". Kol . 99 : 523-532. doi : 10.1016/j.carbon.2015.12.050 .
  11. ^ a b Özçelik, VO; Durgun, E.; Ciraci, S. (2015). "Modulation av elektroniska egenskaper i lateralt och proportionellt upprepande grafen och bornitridkompositnanostrukturer". J. Phys. Chem. C . 119 (23): 13248–13256. doi : 10.1021/acs.jpcc.5b01598 . hdl : 11693/21725 .
  12. ^   Varshney, V.; Patnaik, SS; Roy, AK; Froudakis, G.; Farmer, BL (2010). "Modellering av termisk transport i Pillared-Graphene-arkitekturer". ACS Nano . 4 (2): 1153–1161. doi : 10.1021/nn901341r . PMID 20112924 .
  13. ^   Sakhavand, N.; Shahsavari, R. (2015). "Dimensional Crossover av termisk transport i hybridboronitride nanostrukturer". ACS tillämpade material och gränssnitt . 7 (33): 18312–18319. doi : 10.1021/acsami.5b03967 . PMID 26158661 .
  14. ^   Levy, N.; Burke, SA; Meaker, KL; Panlasigui, M.; Zettl, A.; Guinea, F.; Neto, AHC; Crommie, MF (2010). "Strain-inducerade pseudo-magnetiska fält större än 300 Tesla i grafen nanobubblor". Vetenskap . 329 (5991): 544–547. Bibcode : 2010Sci...329..544L . doi : 10.1126/science.1191700 . PMID 20671183 .

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Graphene_boron_nitrid_nanohybrid_materials&oldid=1087788420 "