石墨烯包覆金属纳米线复合结构制备及电子输运性质

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51671114
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0106.金属低维与亚稳材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Metallic nanowires (NWs) can be used as quantum electronic wire in nanodevice,making it a promising candidate material for potential application in nano- and micro-electronic systems. However, due to their large specific surface area and high activity, metallic NWs are unstable at room temperature and easy to be oxidized, restricting their practical application of NWs significantly. So it is emergent to develop a effective method to form an inert coating shell around the NW. This project is aimed to explore a simple method, in which carbon-containing nickel (iron) nanowires are first grown on a nanograted surface by sputtering technique, then, a annealing method is used to make the carbon atoms diffuse to the surface and transform into stacked graphene layers around the nickel cores. This project also needs to obtain the best technological parameter to fabricate the shell /core composite structure. Final sample will be chanracterized by FESEM,X-ray diffractor and TG-DSC to observe its micro-morphology, to detect its phase composition and to analyze its thermodynamic stability. Molecular Dynamics simulation will also be performed to disclose the nucleation mechanism of the graphene, and to study the catalysis effect of the nickel (iron) on the graphene growth. A proper thermodynamic model will be proposed to study the thermodynamic condition and driving force in the graphene forming process. Study of the current amplification effect and negative differential resistance with high on/off ratio will provide the theoretical evidence for the design of novel nanowire transistor.
金属纳米线作为纳米器件的导线在微电子领域有广阔的应用前景,但金属纳米线表面积大、活性高,在常规环境下不稳定,易氧化断裂,严重影响其实际应用,如何在纳米线表面生成一保护性碳壳层是该领域亟待解决的问题。本项目拟利用混合溅射技术将Ni(Fe)-C合金沉积到具有光栅结构的硅衬底上形成Ni(Fe)-C合金纳米线,利用退火工艺使碳原子向纳米线表面扩散形成石墨烯,研发一种工艺简单,形貌和尺寸可控的石墨烯包覆金属纳米线复合结构制备方法,找出最佳工艺参数;利用场发射电镜、X射线衍射及TG-DSC等仪器观察样品的微观形貌、测试相结构及热力学稳定性;利用分子动力学模拟碳原子在纳米线表面的形核过程,揭示石墨烯形成过程中Ni和Fe的催化作用机理,提出热力学模型并探究石墨烯发生相变的条件及驱动力;研究该复合结构的电子输运性质,分析其产生电流放大效应及负微分电阻效应的原因,为设计开发新型纳米线晶体管提供理论依据。

结项摘要

制备常温环境下稳定、不易氧化断裂的金属纳米线作为纳米器件的导线在微电子领域有广阔的应用前景。本项目首先系统地研究了石墨烯包覆金属纳米线复合结构可行性,探索了利用对Ni-C合金退火制备“石墨烯包覆金属纳米线”复合结构的机理,找出了合适的材料制备工艺参数,包括碳浓度、退火温度、以及初始Ni-C合金的尺寸与形状,采用分子动力学模拟的手段揭示了石墨烯在金属表面的形核生长规律;还探讨了液态金属与石墨烯间的相互作用关系,找出了有效调控金属液滴行为的石墨烯表面结构,发现了石墨烯受限条件下液态金属的结构演变规律,为精确制备石墨烯-金属复合材料提供了理论基础;进而着重研究了石墨烯等碳纳米材料通过掺杂、拼接而成的复合结构和金属纳米线的电子输运性质,找出了产生电流放大效应及负微分电阻效应的原因,设计了多种性能优异的功能分子器件,可应用于晶体管、传感器、芯片、微型发射器等;最后研究了存在一定缺陷的石墨烯和金属纳米粒子的氧化机理,揭示了缺陷石墨烯的氧化演变规律,发现了金属链状氧化物结构,提出了一些抗氧化措施来保证石墨烯-金属纳米线复合结构的稳定。. 本项目的研究成果不仅提出了合适的工艺来制备石墨烯包覆金属纳米线复合结构,还系统地研究了多种碳纳米材料基复合结构的电学性质,对于制备功能纳米器件等新型微电子产品具有非常重要的理论指导意义。

项目成果

期刊论文数量(55)
专著数量(3)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electronic transport properties of lead nanowires
铅纳米线的电子传输特性
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/7/073102
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Zhang Lishu;Zhou Yi;Dai Xinyue;Zhao Zhenyang;Li Hui
  • 通讯作者:
    Li Hui
Interfacial properties and morphological evolution of liquid Ag film on the modified graphene
改性石墨烯上液态银膜的界面性质和形貌演化
  • DOI:
    10.7498/aps.66.069601
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Zhao Zhen-Yang;Li Tao;Li Xiao-Yin;Li Xiong-Ying;Li Hui
  • 通讯作者:
    Li Hui
Effect of curved surfaces on the impacting nano-droplets and their shape control: A molecular dynamics simulation study
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Li Tao;Zhang Lishu;Zhang Xingfan;Li Hui
  • 通讯作者:
    Li Hui
Atomistic Origin of the Complex Morphological Evolution of Aluminum Nanoparticles during Oxidation: A Chain-like Oxide Nucleation and Growth Mechanism
铝纳米粒子氧化过程中复杂形态演化的原子起源:链状氧化物成核和生长机制
  • DOI:
    10.1021/acsnano.8b07633
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Nano
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Zhang Xingfan;Fu Chengrui;Xia Yujie;Duan Yunrui;Li Yifan;Wang Zhichao;Jiang Yanyan;Li Hui
  • 通讯作者:
    Li Hui
Highly Sensitive and Selective Sensors for CF4 Gas Molecules Based on Two‐Node Hollow Fullerene
基于双节点空心富勒烯的 CF4 气体分子高灵敏选择性传感器
  • DOI:
    10.1002/admi.202000985
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Advanced Materials Interfaces
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Zhang Lishu;Li Tao;Feng Yuanping;Li Hui;Shen Lei
  • 通讯作者:
    Shen Lei

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  • 通讯作者:
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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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