非平衡分子动力学类石墨型和类吡啶型氮掺杂热导率
摘 要：通过非平衡分子动力学(NEMD)模拟方法，我们详细研究和分析了两种不同氮掺杂 结构--即类石墨型和类吡啶型氮掺杂（分别记为 graphite-N 和 pyridinic-N），对石墨烯热 输运性质的影响。吡啶氮掺杂对于石墨烯热导率的抑制远远强于石墨氮掺杂的石墨烯样 品，这可以从氮原子和碳原子之间键合强度的变化、声子态密度、以及声子透射系数方等 面很好地理解。我们的研究表明，吡啶氮掺杂是调制石墨烯导热性的一种有效方法，特别 是对于要求低热导率的情况，如热电转换应用和热屏蔽。74399
毕业论文关键词：石墨烯，掺氮，热导率
Abstract：The influence of two different nitrogen doping configurations, graphite-like and pyridinic-like nitrogen doping (denoted as graphite-N and pyridinic-N hearafter, respectively), on the thermal conduction of graphene is carefully studied via non-equilibrium molecular dynamic (NEMD) simulations。 The thermal conductivity is more strongly suppressed in pyridinic-N doped graphene than that in the graphite-N doped sample, which can be well understood from the changes in the bond strength between nitrogen and carbon atoms, the phonon density of states, and the phonon transmission。 Our study indicates that the pyridinic-N doping is an efficient method to tuning the thermal conduction in graphene, especially for the situation where low thermal conductivity is requested, e。g。 thermoelectric applications, and thermal shielding。
Keywords：graphene，nitrogen doping，thermal conductivity
目 录
1。 引言 4
1。1 石墨烯的发现历史 4
1。2 石墨烯的制备方法概述 4
1。4 掺氮石墨烯 5
2。 研究方法 7
3。 结果和讨论 7
结论 10
参考文献 11
致谢 13
1 引言
1。1 石墨烯的发现历史
对于石墨烯[1]的研究最早可以追溯到 20 世纪 70 年代，Clar 等研究人员使用化学方 法合成了一系列具有大共轭体系的化合物, 即石墨烯片。此后，Schmidt 等科学家改进了 该合成方法并合成了许多含有不同边缘修饰基团的石墨烯衍生物, 但这些方法显著的缺陷 是不能获得大面积的石墨烯论文网。2004 年， Geim 等人通过微机械剥离石墨的方法法得到一 系列单层/多层二维石墨晶体，即石墨烯(graphene )。石墨烯又叫做单层石墨片, 指的是一 层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子，这些碳原子排列成二维结构, 与石墨的单原 子层结构类似(如图 1)。Geim 等[ 2] 利用纳米尺寸的金制支架, 制造出悬挂于其上的单层石 墨烯薄膜，发现悬挂的石墨烯薄膜并非“二维扁平结构”, 而是具有“起伏褶皱的单层结 构”，并将石墨烯这种单层结构的稳定性归结于其在“纳米尺度上的微观扭曲”。
图 1 石墨烯的结构
石墨烯的理论比表面积高达 2600 m2/g , 这一特点使其具有突出的导热性能(3000 W/m-K)和力学性能(1060 GPa), 以及在室温下具有较高的电子迁移率(15000 cm2/V-S) 。除 此以外, 它特殊的结构, 使其具有半整数的量子霍尔效应等一系列性质 , 因此备受关注。
1。2 石墨烯的制备方法概述
有关于石墨烯的制备方法，目前国内外有较多的文献综述 [3-5] , 石墨烯的制备方法主要 有物理方法和化学方法。关于物理方法，通常是以相对廉价的石墨或是膨胀石墨为原料, 通 过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯，这种方法的原料容易 获得，操作过程相对简单，合成的石墨烯纯度较高、缺陷较少，但缺点是费时且产率低下，