收藏本站
《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

原子级层状材料的浸润性

赵鹏  
【摘要】:二维(2D)范德华(vdW)层状材料与环境之间的相互作用已经受到了巨大的研究关注。研究该类层状材料浸润性所面临的一个关键挑战是如何在原子层面上获得良好定义并且完全清洁的表面,这是在宏观实验中难以实现的。基于先前的实验报道,范德华层状材料,诸如石墨烯、h-BN和MoS2的浸润性质都是存在着较大的争论。虽然已经发现范德华层状材料的浸润性能在很大程度上取决于其厚度、缺陷、衬底的作用、来自大气环境的污染和转移方法等。但是,关于范德华层状材料浸润性的清晰的物理图像仍然是缺乏的。另一方面,如何定量地表征范德华层状材料的表面形貌也是非常重要的。常规的方式是利用原子力显微镜的扫描来获得其表面的均方根粗糙度,这在实际的工业领域中是非常缓慢、不准确和不切实际的。但是,如果我们可以清楚地理解该类材料表面的浸润性原理,那么我们便可以使用浸润性作为指标,简单快速地表征vdW层状材料的表面形貌。在本论文中,我们利用分子束外延(MBE)合成具有清洁和明确定义表面的Bi_2Se_3薄膜,作为研究vdW层状材料浸润原理的具体实例。我们发现水浸润性与Bi_2Se_3薄膜相对表面粗糙度之间存在着线性关系,这也意味着这种广义的Wenzel模型能够适用于广泛的vdW层状材料。这种广义的Wenzel模型也第一次提供了vdW层状材料浸润性清晰和准确的物理图像。此外,根据上述线性关系外推获得的水接触角(CA约为98.4°)显示理想的Bi_2Se_3表面具有意想不到的高疏水性,但粗糙的Bi_2Se_3表面上梯田小岛的边缘却具有非常强的亲水性。根据第一性原理计算的结果,我们发现这种不寻常的疏水/亲水转变与其特定的原子和电子结构有直接联系。高质量Bi_2Se_3薄膜表面的疏水性质使得其很有可能成为无需封、低成本、自清洁的纳米电子学和自旋电子学器件。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB34

中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026