g-C3N3和ZrS2二维复合材料的结构与电子结构的第一性原理计算研究(3)
2.1.2石墨烯复合材料
石墨烯也可以和其他材料混合制成石墨烯基复合材料。石墨烯可以和聚合物混合制成石墨烯/聚合物复合材料[6],由于石墨烯具有高强度、高导电率和极大的比表面积，所以用石墨烯对聚合物材料进行改性有望得到高性能的聚合物基复合材料，使聚合物复合材料具有和石墨烯类似的高导电率、高强度、高热稳定性并具有一定的阻燃性。由此可见，以石墨烯为基底与其他材料复合，通过石墨烯对材料的调制作用，使材料保持了自身良好的性质的同时也继承了石墨烯独有的高导电性和高机械强度，不但改善了材料的物理化学性能，还进一步扩大了材料的应用范围。
我们都知道，单层石墨烯是由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。这种独特的成键形式使石墨烯表现出独特的电学性质, 进而决定了它在未来纳米电子器件中具有广泛的应用前景，甚至有可能替代硅，用于制造未来的超级计算机。但是，与此同时本征石墨烯零带隙的特性，又是限制其深入发展和应用的重要因素，如场效应晶体管就需要使用非零禁带宽度的半导体材料。因此，研究调控石墨烯电子结构和带隙宽度的技术具有相当重要的意义。到目前为止，大量研究结果都显示，是存在一些能够有效改变石墨烯带隙宽度的技术方法和途径，例如光刻法、边缘修饰、引入外加电压、掺杂异质元素、石墨烯的氢化以及在不同基体上外延生长石墨烯等等[7]。关于这些方案的研究都取得了不错的成效，不过它们的实现仍面临巨大的挑战。近期，一种以石墨烯为基底的二文复合材料的出现，却为打开石墨烯带隙调谐石墨烯的电子属性提供了一系列简单的方法[8]。这种二文复合材料通过范德瓦尔兹力构成了类似半导体异质结的结构，通过不同材料之间的带隙调制，展宽石墨烯的带隙。所谓的异质结构，举个例子来说，就是将一个单层通过一定的方法，沉积在另一个单层或多层晶体之上，再添加一定的合适的2D晶体或其他物质，形成一定功能结构的二文复合材料。虽然看上去十分简单，不过所得到的层叠结构却表征了一个按照一定序列选择组装的功能材料。这就像组装原子平面尺度上的乐高积木，使用不同的材料和序列，会表现出不一样的结构单元和功能。强共价键作用使二文晶体拥有足够的平面稳定性，而相对较弱的范德瓦尔兹力则把它们堆叠到一起。最重要的是，这种原子尺度上的排列组合，不但拥有稳定的结构，同样也表现出优良的性能，这些特质往往要优于构成它们的那些材料，达到功能上1+1>2的良好效果。