C60與石墨烯復合材料性能的理論研究

易 佳 王 昭 毛 峰 黃祥平 魏慧麗 張昌遠

（三峽大學理學院,湖北 宜昌 443002）

石墨烯具有獨特的物理和電學性質,如機械強度高、導熱性和導電性強、有較高的不透明度等等,在電池電極材料,儲氫材料等領域都有應用.而C60能使光學材料的傳輸性能降低,可研制出光限制產品,也可用于氣體的儲存等等.近年來,很多人嘗試著將這兩種低維材料復合在一起,期望在保留兩者特性的同時產生新的性質.Akihiro Hashimoto等[1-2]最先使用范德華外延生長的方法,將石墨烯和C60成功地復合在一起.Wu Xiaojun等[3]的實驗設計并計算了C60/CNT（碳納米管）復合材料模型,該模型中C60和CNT外管壁以C-C鍵相連[4],然后在此基礎上將CNT替換為石墨烯,在理論上預測了一種新的C60與石墨烯復合材料（石墨烯nanobuds）[5],該復合材料中的C60和石墨烯以C-C鍵相連.而Zhang Xiaoyan等[6]在實驗中制備出了另外一種C60與石墨烯復合材料,此材料中C60首先用胺酸酯修飾,然后和石墨烯中的羧基發生縮水反應,形成胺酸肽酯鍵,如圖1所示.

圖1 Zhang Xiaoyan實驗中制備的復合材料結構圖[6]

在Zhang Xiaoyan實驗的基礎上,簡化近似,設計了一個新模型并進行了計算.該模型中C60和石墨烯以胺酸肽酯鍵相連.計算后,發現復合之后的材料仍然具有導電性,而且材料中含有功能團C=O,它賦予了材料新的特性,如分散性、親水性、與聚合物的兼容性等,這使得材料能夠更好應用到實踐之中.

1 理論模型和計算方法

1.1 理論模型

復合材料的超級元胞屬于六方晶系,邊長為15.14×15.14×40.66?3（在 a,b方向上石墨烯取 6個周期長度）.相……