石墨烯涂层与二氧化硅二维材料层间水的半经验分子动力学研究文献综述

 2021-12-22 21:50:44

全文总字数:5627字

文献综述

石墨烯涂层与二氧化硅二维材料间水的半经验分子动力学研究1.前言水在自然界中随处可见,基本所有的材料在常态下都暴露在水和空气中,界面处水的结构性质决定了材料的浸润特性,从而可以影响甚至决定材料的物理化学特性[1]。

因此研究表面界面处的水的性质与结构一直以来都是生物、物理、化学、材料、纳米等领域重要的研究课题。

在过去的几十年中,人们已经对微观尺度下表面界面处水的结构性质展开了深入广泛的探索,研究人员成功揭示了水分子的自然排列是在低温下的 iceIh的六边形层[2,3]。

随着二维材料相关研究的飞速发展,相比于大量水,纳米级环境中的水显得更有研究价值,这在许多生物、化学过程中显得至关重要,包括润湿/再润湿[4,5]、酶反应、纳米流体传输、催化[6,7]等等,由二氧化硅和石墨烯形成的二维纳米材料为从分子尺度研究水分子的特性提供了机会。

1.1二维材料 二维材料是伴随着英国曼彻斯特大学Geim小组[8]成功分离出单原子层的石墨烯材料而提出的,全名是二维原子晶体材料,是指电子仅能在两个维度的纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,例如超晶格、量子阱、纳米薄膜。

二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内,从而具有了许多奇特的性质:其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域引起深入研究;其带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛;不同的二维材料由于晶体结构的特殊性质导致了不同的电学特性或光学特性的各向异性,包括拉曼光谱、光致发光光谱、二阶谐光谱、光吸收谱、热导率、电导率等性质的各向异性,在偏振光电器件、偏振热电器件、仿生器件、偏振光探测等领域都具有很大的发展潜力。

目前二维材料的制备方法主要有两类:自上而下法、自下而上法。

自上而下法包括微机械剥离法、液相剥离法,自下而上法主要指化学气相沉积法。

1.2石墨烯英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫用微机械剥离法成功从石墨中分离出单层石墨烯,进而打破了由Landau[9]、Peierls[10,11]创立、并由Mermin[12]实验支持的严格二维晶体由于其热力学不稳定性而无法存在理论,成为了科学界研究的焦点。

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