【正文】 能。石墨烯是一種很強(qiáng)大的材料，在物理機(jī)械方面的彈性模量可達(dá) 1TPa，自身的強(qiáng)度是 130GPa，還具有很好地導(dǎo)熱性能。每一個圖層就 是一個碳原子的厚度。但是，堿金屬摻雜的方法并不完全可靠，制作復(fù)雜的電子器件仍然是個很大的挑戰(zhàn)。 圖 ：（ a）通過電子束光刻定義在一個窗口中的 PMMA開口的單壁碳納米管與氧等離子體，來介紹單壁碳納米管的切割；（ b）單分子電路的整體建設(shè)示范示意圖。金屬納米管的電導(dǎo)超過了最知名的金屬的電導(dǎo)。這些衍生物顯示出的不可逆的還原性質(zhì)，取決于這些功能化的碳納米管在電極表面的分解。同時，通過火焰制備碳納米管也越來越受到關(guān)注。由于石墨烯片具有碳原子的蜂窩結(jié)構(gòu)，不同的石墨烯片能卷起不同的結(jié)構(gòu)。與其它的碳納米材料相比，富勒烯具有明確的結(jié)構(gòu)，并可以利用完善的化學(xué)方法進(jìn)行高純度的分離。但是，如果在較高的電位， 比率可以達(dá)到 20200。 圖 供體和受體的橋式連結(jié)。例如，它們可以在電荷轉(zhuǎn)移過程中消除擴(kuò)散。 其它理論研究已經(jīng)預(yù)測，通過內(nèi)嵌富勒烯的電荷傳輸，不同于依賴封裝原子性質(zhì)的空籠富勒烯，因?yàn)殡姾蓚鬏數(shù)闹饕揽赡苁歉焕障┨蓟\或封裝原子。由于 HOMO軌道主要位于三金屬氮化物團(tuán)簇中，氧化過程 發(fā)生在低電位， HOMO–LUMO能隙 的很小的。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 4 富勒烯的氧化還原性能 早期的理論計(jì)算建立在 C60有一個低能級的 LUMO軌道，并且是三重簡并，因此能夠接受 6個以上電子的減少 [16]。這種火焰是由燃燒碳?xì)浠衔锏囊徊糠中纬傻?；因此，它的反?yīng)溫度取決于碳?xì)浠衔锖脱鯕獾谋壤?，通常低?2020K。通過質(zhì)譜分析法發(fā)現(xiàn)富勒烯之后，內(nèi)嵌金屬富勒烯接著被發(fā)現(xiàn)，它們的內(nèi)嵌性質(zhì)幾年后就被確認(rèn)。隨著電壓的減小，電流增加，當(dāng)電壓減小為 ，電流會發(fā)生大幅度的增加。另一方面，石墨烯不僅是代替 ITO 組成透明電極的最有前景 的材料，同時它也展現(xiàn)了它的量子霍爾效應(yīng)和電導(dǎo)特性。碳納米管在建設(shè)分子電路和場效應(yīng)晶體管方面具有很大的潛力。 圖 （ a， b）單分子電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)示意圖；（ c， d）相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2020年，同一研究小組報(bào)道了將一個有機(jī)分子作為一個分子晶體管的方法，并且通過分子的電流可以由柵極電壓（ Vg）進(jìn)行控制 [4]。其它突出的納米結(jié)構(gòu)，如奈米角型碳管 (CNHs)，是在室溫下將二氧化碳通過激光消融的碳在沒有金屬催化劑的條件下形成的。位于日本的世界上最大的富勒烯制造廠也使用這種原料。鹽類或有機(jī)分子可以用作包裝材料，多元化的產(chǎn)品能夠從電弧放電過程中直接獲得。因此，還原過程濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 5 是化學(xué)可逆，電化學(xué)不可逆的。 C60富勒烯具有 2 V以上的能隙，因此，它在室溫下是絕緣體，但它有一個低能量的 LUMO能級，所以，當(dāng) C60分子與金屬電極接觸，可以發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移并且電導(dǎo)可以通過 LUMO軌道確定 。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 7 圖 富勒烯分子衍生物 連接供體和受體的橋在許多關(guān)鍵方面起著至關(guān)重要的作用。相反，電荷重組通常發(fā)生在 HOMO軌道中。在低電位，可使分子整流比率為 2。 總結(jié)與未來的方向 富勒烯分子顯示了它們在構(gòu)建納米級電子器件方面的巨大潛力，因?yàn)樗鼈冇腥菀孜针娮拥?LUMO軌道，它們的球形結(jié)構(gòu)可以很好地實(shí)現(xiàn)自組裝過程。單壁碳納米管就像是石墨烯片卷起形成的管狀物。主要有以下三種方法：電弧放電法，激光消融法和化學(xué)氣相沉淀法（ CVD)。第一次在溶液中研究電化學(xué)性質(zhì)是用可溶性的吡咯烷碳納米管樣品。將放置在附近的第三個電極作為柵電極，電導(dǎo)在室溫下對金屬納米管的柵極電壓有較小的依賴性。第一種方法是將偏置電壓加到兩個電極并連接到碳納米管，直到發(fā)生電子擊穿。這些早期的器件有 p型半導(dǎo)體的性質(zhì)；這種性質(zhì)并不是納米管固有的，基于場效應(yīng)晶體管的 P型碳納米管，通過真空下退火處理或與堿金屬的化學(xué)摻雜或其它的還原劑等方法處理，可以變?yōu)?n型碳納米管。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 13 4 石墨烯 簡介 石墨，自然界中發(fā)現(xiàn)的最常見的碳的一種同素異形體，是由堆疊的蜂窩狀的碳六邊形二維圖層組成。但是，它的平面形狀并不會干擾它的屬性。因此，它的性質(zhì)類似于金屬材料。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 15 （ 1） 有機(jī)發(fā)光元件 自從 Tang 在 1987 年第一次報(bào)道了基于有機(jī)聚合物的發(fā)光設(shè)備，這些設(shè)備由于成本低和聚合物物理性質(zhì)容易變化的特點(diǎn)，已經(jīng)吸引空穴重新結(jié)合成大量的聚合物，激發(fā)性電子就會以電磁輻射的形式釋放能量并且產(chǎn)生。研究表明柵電極在很大程度上影響著石墨烯片上的載 流子遷移率。它的電、磁、機(jī)械物理和化學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為 是研究分子電子和光電應(yīng)用的最有前途的材料，可能替代目前使用的基于硅和金屬氧化物的器件。再次感謝趙老師。石墨烯被認(rèn)為是研究分子電 子和光電應(yīng)用的最有前途的材料，可能替代目前使用的基于硅和金屬氧化物的電子器件。為了得到有帶隙的石墨烯，石墨烯納米帶已經(jīng)被考慮使用。 （ 2） 場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用 基于場效應(yīng)晶體管的石墨烯，由于其內(nèi)在的機(jī)電性質(zhì)，引起了研究人員很大的興趣。 為了找到一種合適的材料作為光電應(yīng)用的電極（例如：有機(jī)發(fā)光二極管、太陽能電池），需要滿足兩個主要的要求：（ 1）透光率大于 90%，即光不能被吸收 （ 2）導(dǎo)電性，即導(dǎo)電性能要好，與厚度無關(guān)。所以，它的透光率是相當(dāng)高的，單分子層石墨烯的透光率大于 97%，雙分子層石墨烯大于 95%，（見圖 ）作為一種高度透明的材料，在光電應(yīng)用中有很大的潛力。在分子電子學(xué)領(lǐng)域，石墨烯也有它潛在應(yīng)用的特性，如高電流密度、量子霍爾效應(yīng)、高電子遷移率、高光學(xué)透明度、化學(xué)穩(wěn)定性和惰性、高機(jī)械性能和依賴于它的結(jié)構(gòu)的微分電子行為 [2124]。單壁碳納米管晶體管已經(jīng)證明可以在微波頻率下進(jìn)行操作，并且在太赫茲頻率范圍內(nèi)的操作也得到了證明。它們很容易被轉(zhuǎn)換成酰鹵與胺反應(yīng)后產(chǎn)生的酰胺鍵，可以用于連接單壁碳納米管的共價(jià)鍵和其它分子。 碳納米管器件 碳納米管作為連接體 分子電子器件的構(gòu)建需要在分子水平進(jìn) 行連接。同樣，碳納米管表現(xiàn)金屬性還是半導(dǎo)體性也取決于 碳納米管 管是如何螺旋卷起的。金屬催化劑的使用多種多樣，重量百分含量為 1的 釔 和 物是產(chǎn)量最高的催化劑 [20]。有三種類型的碳納米管。單壁碳納米管的形成發(fā)生在有金屬催化劑存在的電弧放電過程中。該設(shè)備可以承受高達(dá)幾微安的電流，更重要的是，結(jié)果證明了對單分子 C60晶體管進(jìn)行構(gòu)造和建設(shè)的可行性（見圖 ）。第二種發(fā)生在 LUMO軌道，它在傳導(dǎo)過程中首先被存儲，放在兩個金屬電極和第三個電極中間，電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在分子內(nèi)的 HOMO和 LUMO軌道之間。絕緣橋能阻止干擾重組和電荷傳輸，所以具有優(yōu)越性，而導(dǎo)體橋可能由于本身的化學(xué)性質(zhì)影響電導(dǎo)或電荷傳輸。 富勒烯單分子器件 分子導(dǎo)線和供體 受體系統(tǒng) 富勒烯獨(dú)特的性質(zhì)，在建設(shè)照片感應(yīng)電荷傳輸系統(tǒng)時，它們是用作電子受體很好的候選材料，這要由于它們的低能量和三重簡并的 LUMO軌道，可以很容易的吸收電子 [17]。 單個富勒烯分子的電子輸運(yùn)性質(zhì) 為了更好的了解單個富勒烯分子的電子傳輸性質(zhì) , 從而探索設(shè)備應(yīng)用的可能性，研究單個的富勒烯分子連接到兩極的電流電壓特征是非常重要的。對于 C60，可以觀察到六個可逆的還原過程。電極之間間隙的距離，不僅影響等離子體的電氣特性，同時也影響輻射水平和等離子體與周圍環(huán)境的熱交換。 圖 碳納米材料代表性的例子。許多研究人員已經(jīng)測量出單個分子的電導(dǎo)系數(shù)，并了解 了它們內(nèi)在的化學(xué)性質(zhì)。相比之下，用小分子采用自下而上的方法構(gòu)造電路正變得越來越受關(guān)注。 畢業(yè)論文 題 目 分子電子學(xué)中的碳基材料 學(xué) 院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 物理學(xué) 班 級 0901 學(xué) 生 趙小明 學(xué) 號 20200922155 指導(dǎo)教師 趙 朋 二〇一三 年 五 月 十二 日 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 I 摘 要 伴隨著日益復(fù)雜的電子技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，過去自上而下都依賴的硅基技術(shù)正面臨著技術(shù)方面和物理方面的雙層挑戰(zhàn)。分子所以被用作電子設(shè)備的理想候選材料，是因?yàn)樗鼈兛梢杂萌藗兪熘⑶液唵蔚姆椒▉碇苽浜铣伞＠纾?Venkataraman在 2020年，證明了隨著苯基團(tuán)中分子之間轉(zhuǎn)動角度的增加，聯(lián)苯化合物的電導(dǎo)系數(shù)會減小 [6]?？栈\富勒烯 （ a） C60 ； （ b） C70；內(nèi)嵌富勒烯 （ c） La2IhC80；（ d） Lu3NIhC80；（ e） 石墨烯片； （ f） 鋸齒狀的單壁碳納米管； （ g） 扶手椅狀的單壁碳納米管；（ h） 對稱性的固碳納米管； （ i） 奈納米角碳管 （ j） 嵌套碳籠