富勒烯基三明治结构图案演化的普适规律
材料科学
2022-11-18 v1
摘要
富勒烯基三明治结构已成为二维纳米材料在电子学或储能中潜在应用的新候选。最近，实验人员观察到夹在两层石墨烯之间的富勒烯团簇边界的演化，同时在富勒烯层内发现了典型尺寸为30 {\AA}的真空空间。由于富勒烯团簇的图案影响三明治结构的物理性质，理解其结构转变的机制十分重要。在本工作中，我们发现石墨烯/富勒烯/石墨烯三明治结构根据富勒烯与石墨烯面积比在三种构型间转变。分子动力学模拟表明面积比存在两个临界值。富勒烯图案在第一个临界面积比1/{\pi}处由圆形转变为矩形。该1/{\pi}临界值通过对比富勒烯团簇圆形与矩形的几何周长而导出，无需任何物理参数。在第二个临界面积比处，由于弯曲能与内聚能之间的竞争，围绕富勒烯团簇的石墨烯层发生分离。基于解析模型，预测真空空间为34 {\AA}，与实验结果吻合良好。这些发现为驱动富勒烯基三明治结构转变的机制提供了基础性认识，将有助于选择合适结构与材料以指导未来电子与储能应用的设计。
引用
@article{arxiv.2211.09725,
title = {A universal law for the pattern evolution of fullerene-based sandwiches},
author = {Yixuan Xue and Jin-Wu Jiang and Harold S. Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.09725},
year = {2022}
}