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我國(guó)科研人員通過(guò)電子云調(diào)控發(fā)現(xiàn)石墨相變新機(jī)制

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到,該校朱彥武教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位X射線(xiàn)研究,結(jié)合第一原理計(jì)算提出了3R石墨到2H石墨的層間滑移路徑,并通過(guò)研究同一區(qū)域接觸氮化鋰前后的薄層石墨拉曼信號(hào)變化,確認(rèn)了其電荷狀態(tài)變化。相關(guān)成果日前發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊《納米快報(bào)》上。

作為鋰離子電池負(fù)極、石墨烯制備等領(lǐng)域的重要原材料,石墨一般包含兩種晶格結(jié)構(gòu):六方相(簡(jiǎn)稱(chēng)2H相)和菱形相(簡(jiǎn)稱(chēng)3R相)。其中,2H相能量較低,在粉體中占比較高;3R相能量較高,在粉體一般占比較低。但隨著石墨顆粒碎化,片徑減小,3R相占比逐漸升高,最高可達(dá)50%。

研究表明,3R相石墨能帶結(jié)構(gòu)中包含三維狄拉克錐,電子態(tài)具有間隙,在低溫下電子傳輸受表面態(tài)支配;3R堆疊形式的三層石墨烯表面具有的坦能帶有助于產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)現(xiàn)象,從而產(chǎn)生具有自發(fā)對(duì)稱(chēng)破缺,例如鐵磁有序態(tài)和表面超導(dǎo)態(tài)。在已有的石墨相變研究中,為將石墨粉體中的3R相全部轉(zhuǎn)變?yōu)?H相,常需要對(duì)其進(jìn)行高溫高壓石墨化處理,或采用激光加熱、焦耳熱等手段,所需條件苛刻,能耗較大。

科研人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn),在石墨粉體中加入少量氮化鋰晶體粉末,即可在較低溫度下實(shí)現(xiàn)大范圍片徑尺寸宏量石墨粉體中的3R相向2H相完全轉(zhuǎn)變。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),該條件下石墨相變機(jī)理為:功函數(shù)差異導(dǎo)致氮化鋰晶體粉末在接觸石墨時(shí)將部分電子轉(zhuǎn)移至石墨的共軛π電子云,使得石墨層間距異常增大,從而顯著降低石墨層間滑移能壘,使得3R相得以在更加溫和條件下轉(zhuǎn)變?yōu)?H相。

這項(xiàng)研究成果通過(guò)對(duì)石墨電子云形態(tài)進(jìn)行調(diào)控,有望實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨堆疊形態(tài)和質(zhì)的精確控制,也為其他碳基材料結(jié)構(gòu)調(diào)控及新型碳材料制備提供了新思路。

標(biāo)簽: 科研人員 電子云調(diào)控 電荷狀態(tài) 石墨相變新機(jī)制

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