基于功能化石墨烯的能带调控及其生物传感机理研究

项目名称： 基于功能化石墨烯的能带调控及其生物传感机理研究

项目编号： No.21301158

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 张永辉

作者单位： 郑州轻工业学院

项目金额： 28万元

中文摘要： 调控石墨烯的能带结构对设计以石墨烯为基础的传感器和微纳器件等具有重要意义。本项目以表面功能化设计修饰为基础，采用理论模拟和微纳加工技术，将单原子金属、金属氧化物、金属团簇、有机分子和生物分子等引入石墨烯结构的表面，构筑新型石墨烯复合材料。首先，采用第一性原理系统研究金属、有机分子等对石墨烯的能带调控；其次，利用非平衡态格林函数的方法研究石墨烯的电子输运性质；再次，将石墨烯/金属团簇应用到生物分子的检测中，研究"石墨烯/金属团簇/生物分子"三者间的相互作用机理；最后，根据理论模拟设计新型生物传感器，验证理论模拟结构。与传统石墨烯能带调控和石墨烯薄膜的传感性质研究相比，该研究统筹了能带调控和电子输运性质，将理论和实验相结合，有望设计并制备结构、性能可控的石墨烯新型功能材料和传感器件。

中文关键词： 石墨烯；类石墨烯结构；能带调控；传感；

英文摘要： The tuning of graphene band structure is important for designing sensor and energy conversion devices. Defect, dopant and metal cluster are introduced into surface of graphene to build novel composite using theoretical simulation and microfabrication technology, based on surface functional modification. Firstly, the band structure of graphene is modulated by the dopant and defect using density functional theory. Secondly, the electron transport property of graphene is studied by nonequilibrium Green's function formalism. Thirdly, graphene/metal cluster composite is used to detect biomolecules, and the interaction mechanism is investigated in graphene/metal/biomolecule. Finally, novel sensor device is designed through simulation to validate the theoretic results. Comparing with the conventional research on graphene, the study combines the manipulation of band structure and electronic transport properties, theory and experiment, expected to prepare the structure and properties of new controllable graphene materials and sensor device.

英文关键词： graphene；graphene-like nanostructure；tunable band structure；sensor；