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氧化铍-石墨烯及石墨烯纳米芽的二维与三维结构力学与电子性质理论研究

DOI：10.1016/j.apsusc.2019.01.083 期刊：Applied Surface Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 在本研究中，采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）计算方法，探究了氧化铍（BeO）少层片合成过程中可能发生的特定现象（如各类缺陷、在石墨烯表面附着纳米笼体以及在两侧添加层数）对BeO/石墨烯复合结构力学与电子性能的影响。通过态密度（DOS）计算进一步解析了所研究纳米结构的电子特性。首先测定完美BeO/石墨烯片的杨氏模量为1.110 TPa。随后考察小尺寸与大尺寸缺陷对该类结构力学性能的影响，发现移除一个铍原子相较于移除氧原子会导致更低的杨氏模量（1.087 TPa vs 1.104 TPa），表明铍元素对BeO/石墨烯稳定性和机械强度的影响大于氧元素。该趋势在比较缺失三个原子的铍空位与缺失两个氧原子的空位时同样成立。关于圆形与矩形缺陷形貌的研究表明：随着两种形状缺陷直径增大，杨氏模量与带隙能均显著降低。由于形貌缺陷中脱离的原子数量多于小尺寸缺陷，此类缺陷对结构稳定性的破坏作用更为显著，导致杨氏模量降幅大于小尺寸缺陷。在将不同数量的Be12O12纳米笼体负载于石墨烯表面时，测得BeO/石墨烯纳米芽体的力学性能呈现类似的杨氏模量下降趋势。最后研究双层与三层BeO/类石墨烯结构的力学性能，发现增加层数会轻微降低杨氏模量。对于后两种负载纳米笼体与增加层数的现象，带隙能均呈现下降趋势。
作者： A. Hamed Mashhadzadeh，M. Ghorbanzadeh Ahangari，A. Dadrasi，M. Fathalian
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用DFT计算研究缺陷、纳米笼附着和层状结构等现象如何影响BeO石墨烯片的力学与电子性质。

研究成果

DFT计算表明，缺陷、纳米笼附着和层状结构增加会降低BeO石墨烯结构的杨氏模量和带隙能。铍原子空位比氧空位的负面影响更显著。由于原子损失更多，形貌缺陷导致的性能下降比微小缺陷更为明显。多层结构表现出力学和电子性能的降低，同时确定了最佳堆叠模式。

研究不足

该研究属于理论性研究，依赖于可能包含近似处理且无法完全反映实验条件的DFT模拟。研究未涉及合成挑战或实际应用可行性，且仅聚焦于特定缺陷类型与结构，可能限制其普适性。

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