石墨烯碳原子以sp²杂化轨道组成六角型蜂巢晶格结构使其具有很多特性。但石墨烯在制备过程中不可避免的会产生晶格缺陷。新加坡南洋理工大学的Anastassia Sorkin和Haibin Su以及香港科技大学的研究人员报告了他们的实验模拟结果，这些结果有助于我们更好地理解晶格缺陷的形成方式，及其修饰机制。
石墨烯纳米带形成示意图
Sorkin和Haibin重点计算了石墨烯纳米带。尽管石墨烯纳米带具有有限的宽度缺乏大片石墨烯的二维对称性，但由于带隙的可设计性，它们对于电子应用特别具有吸引力。石墨烯纳米带内的缺陷会对石墨烯内的电子以及热性能和机械特性产生显著影响。研究人员使用密度泛函结合分子动力学来模拟由六个（冠烯）和七个（三环戊二烯并三亚苯基）多边形组成的多边形碳晶格片段。研究显示：在石墨烯制备过程中特别是采用化学气相沉积（CVD）方法时，冠烯和三环戊二烯并三亚苯基会起一定的作用。
石墨烯纳米带的边缘修饰
计算结果显示各种缺陷和晶界是如何产生的。在不同温度和时间下，冠烯和三环戊二烯并三亚苯基相互组合。他们还展示了缺陷，如旋转键（Stone Wales）或晶格间隙是如何修补的。
计算研究中的一些常见的石墨烯缺陷是晶格 “域”被多边形串隔开成不同方向上。这些不同取向的域是由于石墨烯和下面的金属之间的晶格错配。Sorkin和Su的计算对这些理论系统提供了进一步的见解。他们在报告中指出：“中间结构分解后，形成具有不同取向晶粒的石墨烯纳米带。”
该研究预测存在一种被称为“逆Stone-Wales缺陷”，他们希望通过未来的实验研究来证实这一缺陷，并强调边缘在产生、修改和修补缺陷方面的重要性。 他们总结报告表示：“这项研究直接从碳碎片中动态结构演化着手，为人们提供了一个平台，可以促进人们理解边缘在形成和转化碳纳米结构中潜在的电子、机械和热应用中的作用。”
来源：材料科技在线
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