石墨烯纳米带结构与性能调控的物理力学研究

石墨烯纳米带因其特殊的边缘态而具有更为丰富多彩的物理力学性能，在纳功能器件和纳机电系统领域有重要的应用前景，但如何有效的控制石墨烯纳米带的结构、边缘态和物理力学性能仍然面临着巨大的挑战。本项目拟采用力学建模、基于量子力学的第一原理计算、分子动力学等多学科方法，对氧化打开碳纳米管的最优能量规律、石墨烯纳米带边缘态稳定性、基底对石墨烯纳米带结构和边缘态、力学、电学性能的影响等重要的物理力学问题开展多学科交叉的研究和探索。提出氧化打开碳纳米管得到边界形貌和结构尺寸可控的石墨烯纳米带的方法和途径，发现和揭示石墨烯纳米带边缘态稳定可控以及边缘结构变化调控石墨烯纳米带力学和电学性能的原理和实现方法，揭示利用基底上石墨烯纳米带的力学特性和行为调控其物理性能、边界结构形貌的机制和原理。为石墨烯纳米带结构性能可控与器件原理创新提供理论依据和基础。

本项目利用力学建模、基于量子力学的第一原理计算、分子动力学等多学科方法对石墨烯、六方氮化硼等二维晶体材料的力电磁耦合行为与结构可控制备、表面结构性能调控等方面进行深入研究和探索。发现氧化打开碳纳米管成石墨烯纳米带时与直径和手性相关的能量规律；揭示了力学变形调控石墨烯纳米带/SiO2基底体系的磁性的物理机制；发现了基底上石墨烯褶皱的热驱运动以及石墨烯褶皱可以成为一个良好的场发射源；揭示了石墨烯可以作为带电基底的钝化层并且提出了一种可行的调控石墨烯覆盖表面水吸附性能的途径；揭示了利用改变氧原子吸附位置来调控六方氮化硼覆盖层电学性能的原理和可行途径。相关研究结果为基于石墨烯的新型纳功能器件和纳电子器件的设计和构筑提供了新的原理和思想。本项目目前已发表7篇SCI学术论文，其中影响因子3以上的论文5篇。项目负责人2011年获得教育部自然科学奖一等奖（排名第三）；2012年获得国家自然科学奖二等奖（排名第四）；2012年入选江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师；2013年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。