二维金刚石纳米膜的结构演化及物性的理论与实验研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51472105
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In recent years, the two dimensional (2D) diamond nanosheets have become one of most interesting topics in the field of diamond. However, only a few works have been reported on this issue. In comparison with traditional 0-dimentional and one-dimentional diamond nanostructures, the structure and properties of 2D diamond nanosheets with significant surface and quantum size effects are strongly dependent on their orientation, number of layer, doping and surface functionalization. For this project, the first-principles calculations are proposed to deeply and systematically study the structural stability and evolution of the 2D diamond nanosheets related to the factors of crystalline orientation, layer number, doping, surface modification, etc. By analyzing the band structure, electron and spin density of state (DOS), it is expected to reveal the unique structure-related electronic and magnetic properties of the 2D diamond nanosheets. Experimentally, by pulse laser ablation and/or hydrogen plasma treatment, we try to synthesize the atomically thick 2D diamond nanosheets with large area. The characterizations and the examinations of the optical, electronic, magnetic prosperities of the 2D nanosheets would be carried out by means of various methods. The combination of the theoretical and experimental results would reveal novel structures and properties with respect to that for bulk diamond and the other types of diamond nanostructures. The implementation of this project will provide new theoretical and experimental data for developing the low dimensional diamond and expanding the research fields of diamond for further applications.
二维金刚石纳米膜是近几年来金刚石领域新的研究方向,具有重要的科学研究价值,而相关研究报道很少。不同于传统的零维和一维纳米金刚石,二维金刚石纳米膜的结构和性质对其取向、层数、掺杂和表面功能化等具有强烈的依赖性,并且出现强的表面效应和量子尺寸效应。本项目拟利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,深入、系统地研究取向、层数、掺杂、表面修饰等因素对二维金刚石纳米膜的结构稳定性和演化的影响,并通过分析能带结构、电子态密度和自旋磁矩等,获得与结构相关的光学、电学及磁学性质变化规律。利用激光轰击剥离金刚石单晶及氢等离子体处理石墨烯等制备方法,获得一定尺寸、原子级厚度的二维金刚石纳米膜。通过多种实验手段对所制备的材料进行表征及性能测试,结合理论计算结果,揭示其不同于金刚石体材料和其他纳米材料的结构和性质。本项目的实施,将为发现金刚石相关的新现象及拓展金刚石的研究领域提供新的理论依据和实验数据。

结项摘要

二维金刚石纳米膜是近几年来金刚石领域新的研究方向,本项目组是国际上最早开展相关工作的单位之一。不同于传统的零维和一维纳米金刚石,二维金刚石纳米膜的结构和性质对其取向、层数和表面功能化等具有强烈的依赖性,并且出现强的表面效应和量子尺寸效应,具有重要的科学研究和应用价值。本项目利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统地研究(100)、(110)和(111)取向二维金刚石纳米膜随着层数的结构演化,并在二维金刚石纳米膜表面进行氢化或氟化处理,及掺杂不同元素(硅、硅-空位等),并通过分析能带结构、电子态密度和自旋磁矩等,获得相关的光学、电学及磁学性质变化规律,揭示不同于体金刚石和其它纳米结构材料的特性。利用CALYPSO晶体结构预测方法系统预测了金刚石(111)表面生长的菱形硅烯超结构和稳定的二维单层Bx/2Cx/2N1-x (0 < x < 1)化合物。利用激光轰击剥离金刚石单晶及等离子体处理石墨烯等制备方法,初步获得一定尺寸、原子级厚度的二维金刚石纳米膜。将纳米金刚石用于锂离子电池负极及燃料电池电解质,有效提高了锂离子电池及燃料电池的性能,扩展了低维金刚石的应用。本项目的实施中,发表SCI论文16篇,申请发明专利5项,获授权发明专利4项。本项目的完成,对于发现金刚石相关的新现象及拓展金刚石的研究领域提供了重要的理论依据和实验数据。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Fabrication and Characteristics of TiO2 Nanotubes on Hemispherical Diamond Films Using ZnO Nanorods as Template
以 ZnO 纳米棒为模板制备半球形金刚石薄膜 TiO2 纳米管及其特性
  • DOI:
    10.1142/s1793292015500836
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Nano
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Wang Qiliang;Yu Qi;Liu Junsong;Ai Taotao;Li Hongdong
  • 通讯作者:
    Li Hongdong
Boron-Doped Diamond-Film-Based Two-Dimensional Electrode of Electrophoresis Tank
电泳槽掺硼金刚石膜二维电极
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/33/11/118101
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Liu Jun-Song;Li Hang;Sun Bo-Wen;Ding Zhan-Hui;Wang Qi-Liang;Cheng Shao-Heng;Li Hong-Dong;Ding ZH;Li HD
  • 通讯作者:
    Li HD
Detonation nanodiamond introduced into samarium doped ceria electrolyte improving performance of solid oxide fuel cell
将爆炸纳米金刚石引入钐掺杂二氧化铈电解质中改善固体氧化物燃料电池的性能
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2016.12.051
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Kai Pei;Hongdong Li;Guangtian Zou;Richeng Yu;Haofei Zhao;Xi Shen;Liying Wang;Yanpeng Song;Dongchao Qiu
  • 通讯作者:
    Dongchao Qiu
Ultraviolet photoelectrical properties of a n-ZnO nanorods/p-diamond heterojunction
n-ZnO纳米棒/p-金刚石异质结的紫外光电特性
  • DOI:
    10.1039/c5ra06054k
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    RSC Adv.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    D;an Sang;Hongdong Li;Shaoheng Cheng;Qiliang Wang;Junsong Liu;Qinglin Wang;Shuang Wang;Chong Han;Kai Chen;Yuewu Pan
  • 通讯作者:
    Yuewu Pan
Structure and wettability property of the growth and nucleationsurfaces of thermally treated freestanding CVD diamond films
热处理独立式 CVD 金刚石薄膜的生长和成核表面的结构和润湿性
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2015.03.172
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Xiaoqiang Pei;Shaoheng Cheng;Yibo Ma;Danfeng Wu;Junsong Liu;Qiliang Wang;Yizhou Yang;Hongdong Li
  • 通讯作者:
    Hongdong Li

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其他文献

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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚晨;李红东;郭政
  • 通讯作者:
    郭政

其他文献

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引入纳米金刚石提升锂离子电池性能及其机理研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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