化学状态及电场对石墨烯基材料纳米摩擦起电效应影响的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11904374
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    申月
  • 依托单位：
    中国科学院青海盐湖研究所
  • 学科分类：
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Nanoscale triboelectrification is crucial for the output performance and stability of graphene-based self-powered electronic devices. Chemical states and electric field are important factors affecting the nanoscale triboelectrification behavior. In this project, we will focus on the effects of chemical states and electric field on nanoscale triboelectrification characteristics of graphene based materials. Utilize PeakForce tapping mode / contact mode atomic force microscopy (AFM), and a new scanning polarization force microscopy as well as Kelvin probe force microscopy to control the contact- and sliding-mode processes of tip-sample precisely and quantitatively characterize the surface/interface charges in situ at nanoscale. The regular changes in chemical state of graphene can be achieved through modulating the reduction degree of graphene oxide and combining with pristine graphene. The transverse and vertical electric field will be generated by constructing nanoscale isolated charges and applying AFM tip bias, respectively. We aim to quantitatively study the nanoscale triboelectrification characteristics of graphene based materials with varied chemical states in electric field. This study will be helpful to reveal the influence mechanism of chemical states and electric field on triboelectrification of graphene-based materials, and provide new ideas to enhance or nullify the triboelectrification for high performance as well as the operation stability of devices. It’s a cutting-edge research topic in the field of nano-energy and tribotronics.
纳米尺度摩擦起电效应是决定石墨烯基自驱动电子器件输出性能和稳定性的关键要素。化学状态和电场是影响纳米摩擦起电行为的重要因素。本项目将致力于化学状态和电场对石墨烯基材料纳米摩擦起电效应影响与调控的研究，拟采用基于扫描探针显微技术的峰值力轻敲模式加接触模式原子力显微镜（AFM）以及新型扫描极化力显微镜加经典开尔文探针力显微镜，实现针尖-样品摩擦运动过程的定量操控与表/界面摩擦电荷的纳米尺度原位定量表征，通过调节氧化石墨烯还原程度结合原始石墨烯实现石墨烯化学状态的规律性变化，通过构建纳米电荷产生横向电场、AFM针尖施加偏压产生纵向电场，系统定量研究化学状态及电场对石墨烯基材料纳米摩擦起电性质的影响。该研究将有助于揭示化学状态和电场对石墨烯基材料纳米摩擦起电行为调控的机理，为摩擦起电过程的有效强化或防静电设计给出指导，以提高器件的输出性能和运行稳定性，是纳米能源及摩擦电子学领域的前沿研究课题。

结项摘要

纳米尺度摩擦起电效应是决定石墨烯基自驱动电子器件输出性能和稳定性的关键要素。化学状态和电场是影响纳米摩擦起电行为的重要因素。本项目通过调节氧化石墨烯还原程度结合原始石墨烯，实现了石墨烯基材料化学状态的纳米尺度调控与规律性变化；研究了化学状态对纳米摩擦起电效应的影响，发现在氧化石墨烯片层上，摩擦电荷只分布在摩擦区域，而在还原态氧化石墨烯上，摩擦电荷在整个片层上是离域分布的；阐明了表面粗糙度、接触力和摩擦方式等摩擦因素对摩擦起电过程的影响及机制，建立了通过调节纳米尺度氧化程度改变石墨烯化学状态进而调控其摩擦起电效应的方法；揭示了摩擦电势与初始电势之间存在线性依赖相关，并研究了样品初始电势随时间的演化、初始电势对样品表面隧穿摩擦起电效应的影响，同时提出了导电探针和样品间摩擦起电过程的电荷转移机制；对电场调控摩擦起电行为进行了定量研究，实现了石墨烯基材料摩擦起电效应强度和极性的调节，通过控制摩擦起电现象构造了纳米电荷图案。这些研究结果帮助我们理解化学状态和电场如何对石墨烯基材料纳米摩擦起电行为进行调控，可以为摩擦起电过程的有效强化或防静电设计给出指导，以提高器件的输出性能和运行稳定性，在纳米能源及摩擦电子学领域具有重要的学术价值。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（1）
科研奖励数量（3）
会议论文数量（0）
专利数量（9）
Structure and Property Evolution of Graphene Oxide Sheets during Low-Temperature Reduction on a Solid Substrate
固体基底上低温还原过程中氧化石墨烯片的结构和性能演变
  • DOI：
    10.1021/acs.jpcc.0c03499
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Shen Yue;Zhang Shengdi;Sun Yanxia;Hai Chunxi;Li Xiang;Zeng Jinbo;Ren Xiufeng;Zhou Yuan
  • 通讯作者：
    Zhou Yuan
Surface evolution of eutectic MgCl2.6H2O-Mg(NO3)2.6H2O phase change materials for thermal energy storage monitored by scanning probe microscopy
扫描探针显微镜监测热能储存共晶MgCl2·6H2O-Mg(NO3)2·6H2O相变材料的表面演化
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2021.150549
  • 发表时间：
    2021-07-10
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Shen，Yue;Li，Xiang;Zhou，Yuan
  • 通讯作者：
    Zhou，Yuan
Effects of Graphene Redox on Its Triboelectrification at the Nanoscale
石墨烯氧化还原对其纳米尺度摩擦起电的影响
  • DOI：
    10.1021/acs.jpcc.2c03170
  • 发表时间：
    2022-11
  • 期刊：
    The Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Shenglong Zhu;Jinbo Zeng;Shengdi Zhang;Wenqi Song;Yanxia Sun;Xiufeng Ren;Xiang Li;Chunxi Hai;Yue Shen
  • 通讯作者：
    Yue Shen
Low-cost magnesium-based eutectic salt hydrate phase change material with enhanced thermal performance for energy storage
具有增强热性能的低成本镁基共晶盐水合物相变材料，用于储能
  • DOI：
    10.1016/j.solmat.2022.111620
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Shengdi Zhang;Xiang Li;Yanxia Sun;Jinbo Zeng;Shenglong Zhu;Wenqi Song;Yuan Zhou;Xiufeng Ren;Chunxi Hai;Yue Shen
  • 通讯作者：
    Yue Shen

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其他文献

钛酸钠纳米管光催化降解有机磷农药敌敌畏
  • DOI：
    10.13526/j.issn.1006-6144.2020.02.018
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    分析科学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    丁绮;曹宝月;申月
  • 通讯作者：
    申月

其他文献

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申月的其他基金

水合盐MgCl2·6H2O体系室温相变储能材料微胶囊的制备、结构与性能研究
  • 批准号：
    U1407105
  • 批准年份：
    2014
  • 资助金额：
    60.0 万元
  • 项目类别：
    联合基金项目

相似国自然基金

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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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