碳基气凝胶作为一种轻质、多孔、非晶态的纳米碳材料，其独特的三维互连多孔结构能够促进物质输运和电子转移，宏观表现较高的孔隙率、高比表面积、优异的电导率、机械稳定性、热导率，在新能源和电化学、电子信息、建筑与环保、军事工业和航空航天等领域都具有重要应用价值。在这些应用中，迫切需要深入了解碳基气凝胶的电输运机理和规律。
近期，来自重庆科技大学、北京航空航天大学和山东大学的联合研究组在AIP Advances上发表题为“Temperature dependent of electrical resistance and mesoscopic electronic transport mechanisms on aerographite and single-walled carbon nanotube aerogel”的研究论文。
图1. 飞行石墨和单壁碳纳米管气凝胶的低温电阻-温度依赖关系（2-300 K）。
(a)飞行石墨；(b)单壁碳纳米管气凝胶。带有标记曲线为实验测量结果，实线由模型拟合得到。
本文报道了两种sp2杂化方式形成碳基气凝胶（飞行石墨和单壁碳纳米管气凝胶）的低温电阻-温度依赖关系及其伏安特性。实验结果表明在低温（2-300 K）和不同磁场环境（0-9 T）下，飞行石墨和单壁碳纳米管气凝胶的电阻均随着温度升高按照指数规律而降低（图1）。本文通过数据拟合、模拟计算等手段，证明热涨落致隧穿（fluctuation-induced tunnelling conduction，FITC）模型适合解释飞行石墨的磁致低温电阻-温度依赖关系，变程跃迁电导（variable range hopping，VRH）模型则适合描述单壁碳纳米管气凝胶的磁致低温电阻-温度依赖关系，并且定量给出了两种模型的特征参数（T0, T1和R0）。进一步确认：由于结构缺陷诱导产生的无序性和电荷载流子密度变化（受到其结构缺陷和电子能带结构改变的影响）在碳基气凝胶的电子输运温度依赖性质和介观电输运机理中发挥了重要作用。这将为在大规模制备中进一步开发具有高导电性的碳基气凝胶奠定相关研究基础。
团队介绍
张浩，重庆科技大学电子与电气工程学院太赫兹光电子与应用技术实验室负责人。主要从事凝聚态物质在太赫兹频段光电响应机理及载流子动力学、非线性光学及光谱物理、太赫兹辐射与物质相互作用等相关研究。迄今发表学术论文二十余篇，主持/参与澳大利亚国家同步辐射光源研究项目、重庆市留学人员回国创业创新支持计划、山东省自然科学基金、甘肃省自然科学基金等，担任国际学术期刊客座编辑和多个国际SCI学术期刊审稿人。
文章信息
Temperature dependent of electrical resistance and mesoscopic electronic transport mechanisms on aerographite and single-walled carbon nanotube aerogel
Hao Zhang, Jie Tian, Nana Liu, Qiao Yan
AIP Advances 14, 085024 (2024)
https://doi.org/10.1063/5.0219348
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期刊介绍
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