石墨烯超导

瑞士科学家在最新一期《自然纳米技术》杂志上发表论文称，他们利用石墨烯，制造出了首个超导量子干涉装置，用于演示超导准粒子的干涉。最新研究有望促进量子技术的发展，也为超导研究开辟了新的可能性。2004年石墨烯横空出世，自此引发广泛关注并获得大力发展。石墨烯是目前已知最薄、强度最高、导电导热性能最好的新型纳米材料。随着研究的不断深入，其更多特性也一一浮出水面。双层扭转石墨烯——两个原子层相对于彼此稍微有所扭转是近几年的研究重点。一年前，苏黎世联邦理工学院固态物理实验室的克劳斯恩斯林团队证明，扭转双层石墨烯可用于制造超导设备的基本组成部分约瑟夫森结。在最新研究中，恩斯林科研团队利用扭曲石墨烯，制造出了首个超导量子干涉装置（SQUID），用于演示超导准粒子的干涉。传统SQUID正广泛应用于医学、地质学和考古学等领域，其灵敏的传感器能够测量磁场的微小变化，但其只与超导材料一起工作，因此在工作时需要使用液氦或氮气进行冷却。新研制的石墨烯SQUID的灵敏度并不优于传统铝制SQUID，且也必须冷却至绝对零度之上2℃，“但最新研究大大拓宽了石墨烯的应用范围，此前我们已经证明石墨烯可用于制造单电子晶体管，现在又增加了超导设备。”恩斯林指出，“在量子技术中，SQUID可以容纳量子比特，因此可用作执行量子操作的元件。此外，通常情况下，晶体管由硅制成，SQUID由铝制成，不同材料需要不同加工技术，但现在它们都可由石墨烯制成。”恩斯林补充道，石墨烯内存在不同的超导相，但还没有一个理论模型来解释它们。最新成果也将为超导研究带来新的可能性，有了这些组件，也许能更好地理解石墨烯中的超导性是如何产生的。

近日，上海交通大学物理与天文学院李听昕课题组、李政道研究所刘晓雪课题组在《Nature》上发表题为“Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene”的研究论文。该项研究首次在单晶石墨烯中观测到电子掺杂情况的超导电性，这对于理解晶体石墨烯及转角石墨烯系统的超导机理，设计制备基于石墨烯系统的高质量新型超导量子器件等具有重要意义。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07584-w 超导这一宏观量子现象最早由荷兰科学家H. K. Onnes于1911年在研究汞在低温下的电学输运性质时被首次观察到，是凝聚态物理学中里程碑式的发现之一，有关超导材料和超导机理的研究是物理学及相关领域研究中经久不衰的课题。2018年，有关魔角双层石墨烯的研究首次在石墨烯系统中观察到超导电性，这一研究立即引起了国际物理学界的广泛关注，引领了有关二维莫尔超晶格研究的热潮。此后，研究者们在转角多层石墨烯莫尔超晶格系统中也观测到了超导电性，而转角石墨烯中超导与平带之间的关系、超导的配对机制等，至今仍是领域内备受关注的重要科学问题。魔角双层石墨烯对两层石墨烯之间的转角要求十分苛刻，容忍度仅在魔角1.1度正负偏差0.1度的范围，这在一定程度上限制了对魔角石墨烯中超导电性的深入研究。图一 样品结构示意图和光学显微镜照片2021年，研究者首次在不需要莫尔超晶格的亚稳态单晶石墨烯，即菱方堆垛的三层石墨烯中，通过栅极静电调控，观察到空穴掺杂的超导现象，其超导转变温度约为100 mK，这一研究结果也马上引起了广泛的关注。随后，2022年，在施加约0.15 T平行磁场和垂直位移电场（约1 V/nm）的条件下，人们在空穴掺杂的Bernal堆垛双层石墨烯也观察到了超导态，但其超导转变温度仅约为30 mK. 不同于魔角石墨烯和菱方堆垛石墨烯系统，Bernal堆垛的双层石墨烯是天然石墨的基本组成单元，是一种稳定的晶体结构，这为可控制备高质量样品、以及未来研制基于石墨烯的新型超导量子器件提供了理想的实验平台。之后的研究发现，将半导体过渡金属硫族化合物二硒化钨（WSe2）与Bernal堆垛的双层石墨烯组合形成异质结构时，由于近邻效应，增强了石墨烯体系的自旋轨道相互作用，有趣的是，这使得双层石墨烯的超导态能在零磁场下显现，并且超导转变温度被显著提升至约300 mK. 但由于实验中可实现的位移电场范围的限制，无法完全揭示双层石墨烯空穴超导态随位移电场变化的性质与规律；而且，其超导配对机制以及二硒化钨对石墨烯系统超导态的影响机制仍是悬而未决的问题。此外，之前有关高质量双层石墨烯器件中自发对称性破缺态和超导态的研究主要集中在价带（空穴掺杂），而对导带（电子掺杂）的关注较少。图二 实验揭示的双层石墨烯与二硒化钨异质结系统的相图，以及观察到的空穴和电子掺杂情况的超导态通过优化样品制备方法，上海交大实验团队成功制备出高质量双层石墨烯与二硒化钨异质结样品，使得可以对其施加高达1.6 V/nm的垂直位移电场。通过开展系统的极低温量子输运测量，结合电场调控和静电掺杂调控，他们揭示了该系统中空穴掺杂超导随位移电场和载流子浓度变化的完整相图；更为重要的是，实验上在电子掺杂的情况也观察到超导态，这是在单晶石墨烯中首次观察到电子掺杂的超导电性。空穴端和电子端的超导态强度都可以通过外加的垂直位移电场进行有效调节，实验上测量到的最高超导转变温度分别约为450 mK和300 mK，这也是目前在单晶石墨烯系统中观察到超导转变温度的最高记录。图三 在外加高垂直位移电场下，Bernal堆叠双层石墨烯电子端量子振荡及费米面分析通过测量高质量石墨烯样品的纵向电阻随垂直磁场的量子振荡（即Shubnikov-de Haas效应，简称SdH振荡），可以得到有关能带费米面的重要信息，这对于理解体系中由于电子关联相互作用导致的自发对称性破缺态，以及超导配对机制等都具有重要的意义。该研究工作详细测量了在不同位移电场下，低磁场区间空穴掺杂和电子掺杂时的SdH振荡。分析结果表明，在较高的位移电场下，双层石墨烯在空穴掺杂和电子掺杂时均出现了一系列自发对称性破缺态，这些态的出现与能带的范霍夫奇点以及电子-电子相互作用相联系。特别地，当施加电场使得双层石墨烯中的电子或空穴靠近二硒化钨层时，SdH振荡的频率发生了进一步的变化，这是因为当电子和空穴靠近二硒化钨层时，感受到了明显的自旋轨道耦合作用，从而导致电子态的简并度和费米面的结构发生变化。实验结果表明，空穴掺杂和电子掺杂的超导的正常态均对应于费米面为部分极化的情况。最后，该工作详细对比了双层石墨烯中电子掺杂超导和空穴掺杂超导的性质。出乎意料的是，在选取的超导转变温度，超导临界垂直磁场等超导性质类似的情况下，空穴掺杂超导和电子掺杂超导展现了截然不同的平行磁场依赖性。具体而言，空穴掺杂的超导态违反了泡利顺磁极限，而电子掺杂的超导性却始终遵循泡利顺磁极限。之前的研究工作认为，二硒化钨对石墨烯系统超导态的增强效果可以通过近邻效应引入的Ising自旋轨道耦合相互作用的角度来理解，而超过泡利顺磁极限的空穴掺杂超导是Ising自旋轨道耦合相互作用的直接结果。而在此项工作中，尽管通过费米面分析在导带中也观测到明显的Ising自旋-轨道耦合相互作用，但电子掺杂的超导电性却没有违反泡利顺磁极限。这一观察预示着二硒化钨对双层石墨烯中超导的增强效果可能不仅仅来自于近邻效应引入的Ising自旋轨道耦合相互作用。该成果上海交大团队主要成员：（从左至右）刘晓雪、李佳熠、李楚善、徐凡、李听昕这一研究工作突显了在高位移电场下双层石墨烯系统中涌现的丰富量子物态，其中很多现象和性质还值得进一步的理论和实验研究。该工作不仅为理解单晶石墨烯乃至魔角石墨烯的超导机理提供了重要的实验信息和约束，而且为基于稳态结构的单晶石墨烯设计和制造新型超导量子器件奠定了坚实基础。论文第一作者为上海交通大学物理与天文学院博士研究生李楚善。共同通讯作者为物理与天文学院李听昕副教授，李政道研究所刘晓雪副教授和武汉大学吴冯成教授。论文的合作者还包括上海交通大学贾金锋教授，博士研究生徐凡，李佳熠；武汉大学博士研究生李泊浩；中科院物理研究所吕力研究员，沈洁研究员，仝冰冰副主任工程师，博士研究生李国安，以及日本国立材料研究所Kenji Watanabe研究员和Takashi Taniguchi研究员。此项研究涉及的器件微纳加工部分在上海交通大学物理与天文学院微纳加工平台完成，极低温测量在中国科学院综合极端条件实验装置完成。本工作得到科技部、国家自然科学基金委、上海市和上海交通大学的资助。

【科学背景】随着低维材料研究的深入，石墨烯，尤其是多层石墨烯结构，因其独特的电子特性和潜在应用，引起了广泛关注。石墨烯作为一种二维材料，展现出许多新奇的物理现象，包括超导性、磁性和独特的电学性质。然而，这些特性背后的物理机制尚未完全理解，特别是在强关联电子系统中，多种基态之间的竞争和相互作用仍然是一个挑战。在石墨烯的相关低能电子物理学中，自旋和谷同位旋空间的近似SU(4)对称性允许存在大量几乎简并能量的破缺对称相，从而导致了多种紧密竞争的基态。在实际实验中，这种简并性可以通过自发破缺或哈密顿量中的弱对称破缺项来解除。这些项可能包括原子尺度的自旋–轨道耦合以及由粒子间相互作用引起的对称性破缺，例如谷间和谷内散射的差异。然而，目前对于这些破缺项的微观参数的强度，无法从第一原理精确确定，因此实验确定基态成为了约束微观哈密顿量的主要方法。为了应对这些挑战，科学家们转向了结构更稳定且可重复性更高的菱形多层石墨烯。与莫尔系统相比，菱形多层石墨烯因其结构稳定性，可以实现精确测量与多体理论之间的具体联系。在这种材料中，实验已经揭示了包括向列相、自旋和轨道磁体以及超导体在内的多种对称破缺态。然而，自旋在这些相中的具体作用，特别是在超导相中的作用，仍未得到充分解释。例如，在六方氮化硼包覆的伯纳尔双层石墨烯中，自旋极化超导态的出现需要一定阈值的平面内磁场，而在零磁场下通过WSe2基底支持的双层石墨烯中，自旋–谷锁定超导性也可被诱导。为了解决这些问题，美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校Andrea F. Young教授团队结合了全局电荷感测和局部磁力测量，重点研究了菱形三层石墨烯中的同位旋铁磁相。通过精确控制总电荷载流子密度和施加的位移场，利用低温晶体管放大器和扫描超导量子干涉设备（SQUID），作者能够分别测量逆压缩率和局部磁场的变化。这些实验手段使我们能够深入探讨在材料掺杂通过零带隙奇异点时，同位旋铁磁相的性质及其背后的物理机制。本研究通过精确的实验测量，揭示了菱形多层石墨烯中同位旋铁磁相和超导相的微观机制，特别是自旋–轨道耦合在这些相中的作用。【科学图文】图1 | 在空穴掺杂的四分之一金属体系中，三层菱方石墨烯的热力学。图2 | 谷间相干性IVC四分之一金属。图3 | 自旋-轨道耦合效应。图4 | 电子掺杂的谷间相干性。【科学启迪】本文揭示了菱形多层石墨烯中的谷间相干性和超导性之间复杂而深刻的关系。研究表明，即使在缺乏声子介导的情况下，谷间相干性的涨落也可能引发电子间的吸引相互作用，从而促进超导性的出现。这一发现不仅拓展了我们对超导性形成机制的理解，还提示了探索新型超导体的潜力，这些超导体不受传统限制，可能在更广泛的温度和掺杂范围内实现。此外，研究中还观察到自旋–轨道耦合在控制石墨烯多层中自旋三重态超导性方面的关键作用，尤其是通过选择Cooper对的自旋方向和禁止特定相的形成。这些发现不仅有助于理解石墨烯及其异质结构中的复杂电子行为，还为设计和制造新型量子材料提供了重要的指导思路。原文详情：Arp, T., Sheekey, O., Zhou, H. et al. Intervalley coherence and intrinsic spin–orbit coupling in rhombohedral trilayer graphene. Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02560-7

近日 ，美国麻省理工学院 Jeong Min Park、曹原等人在《自然》发文，报告三层扭转石墨烯能够表现出超导性。这个“三明治”比双层的“魔角” 石墨烯更加稳定，并且能够通过两种相互独立的方式进行调节。这样的结构或有助于理解实现高温超导需要的条件。图片来源：Pixabay当两片石墨烯 以 1.1° 的扭转角度交错排列，这个双层结构就会转变为非常规的超导体，从而使电流无阻通过，而不会浪费能量。这种“魔角”石墨烯结构及其超导效应由美国麻省理工学院 （MIT）物理学教授 Pablo Jarillo-Herrero 团队在 2018 年首次发现。这项研究也让中科大少年班毕业生、当时年仅 21 岁的曹原“一战成名”： 他以共同第一作者/共同通讯作者 的身份首次在同一天发表了两篇《自然》 （Nature ）论文，随后他 成为了 《自然》2018 年十大科学人物中最年轻的学者 。扭转电子学 （twistronics）领域从此兴起。此后，科学家一直在寻找其他可以经过扭转而表现出超导性质的材料。但是到目前为止，除了最初的双层“魔角”石墨烯以外，没有发现其他材料具备相似的特性。近日，已经成为博士后的曹原再次以共同第一作者身份 在《自然》发文报告，在三层石墨烯组成的“三明治”中观察到超导性。 在新的三层结构中，中间一层石墨烯相对于外层以新的角度扭转，其超导性比双层结构更稳定。该论文 2 月 1 日在《自然》发表， Jeong Min Park 和曹原为共同一作，此外曹原还与他的导师、Pablo Jarillo-Herrero 共同担任论文通讯作者。日本国立材料科学研究所（National Institute of Materials Science）的渡边贤司（Kenji Watanabe）和谷口尚（Takashi Taniguchi）也参与了这项研究。研究人员还可以通过施加和改变外部电场的强度来调节结构的超导性。而通过调节三层结构，研究人员能够产生超强耦合超导性，这是一种奇特的电学行为，在其他所有材料中很少见。Jarillo-Herrero 说：“目前尚不清楚魔角双层石墨烯是不是特例，但现在我们知道它并不孤单，它有一个三层表亲。这种超可调（hypertunable）超导体的发现将转角电子学领域扩展到了全新的方向，在量子信息和传感技术中具有潜在的应用。”打开新型超导体研究的大门在 Jarillo-Herrero 和同事们发现扭转双层石墨烯中可能产生超导性之后不久，理论物理学家提出，在三层或更多层石墨烯中也可能看到相同的现象。石墨烯就是厚度仅有一层原子的石墨，它完全由排列成蜂窝状晶格的碳原子组成，如同纤细却坚固的金属网格。理论物理学家提出，如果将三层石墨烯像三明治一样堆叠， 中间层相对于两个外层扭转 1.56 度，那么这种扭曲构型将产生一种对称性，从而促使材料中的电子配对，形成无阻力的电流，即超导的标志。Jarillo-Herrero 说：“我们就想，为什么不尝试检验一下这个想法？”为此，Park 和曹原设计了三层石墨烯结构。他们将单层石墨烯小心地切成三个部分，并将其按照理论预测的角度精确堆叠。他们制造了几个这样的三层结构，每个结构的尺寸仅有几微米，大约相当于人类头发的直径的 1/100，高度则为三个原子。Jarillo-Herrero 称之为 “纳米三明治”。接下来，研究小组将电极连接到结构的两端，并通过电流，同时测量材料中损失或耗散的能量。“我们没有观察到能量耗散，这意味着它是超导体。”Jarillo-Herrero 说，“我们必须肯定理论物理学家的贡献，他们算出了正确的夹角。”但他补充说， 这种结构具备超导性能的确切原因仍然有待确认，目前还不确定这是不是因为理论物理学家所提出的对称性。这也是他们计划在未来的实验中进行检验的内容。 他说：“目前我们只能确认相关性，而无法确认因果关系。但现在我们至少有了一条途径，可以根据这种对称性思想探索一大批新型超导体。”“ 最强大的耦合超导体”在探索新的三层石墨烯结构时，研究团队发现，可以通过两种方式控制其超导性。对于团队此前提出的双层石墨烯，可以通过施加外部 门电压来改变流过材料的电子数量，从而调节其超导性。研究团队上下调节门电压，同时测量材料停止耗散能量、转变为超导体时的临界温度。通过这种方式，团队能够像调节晶体管一样打开和关闭双层石墨烯的超导性。团队使用相同的方法来调节三层石墨烯，同时还发现了控制材料超导性的第二种方法，这在双层石墨烯和其他扭转角结构中是不可能的。这种方式就是使用附加电极对材料施加 电场，这能够改变三层结构之间的电子分布，同时不改变结构的整体电子密度。Park 说：“现在，这两个相互独立的‘旋钮’能为我们提供大量有关超导电性出现条件的信息，帮助我们理解这种不寻常的超导状态背后至关重要的物理学原理。”通过同时使用这两种方法调整三层结构，研究小组在一定条件下观察到了超导性，包括在相对较高的 3 开尔文临界温度下，即使此时材料的电子密度很低。相比之下，量子计算领域正在研究使用铝制作超导体，铝具有更高的电子密度，而它仅在约 1 开尔文的温度下才具备超导性。Jarillo-Herrero 说：“我们发现魔角三层石墨烯可以成为最强大的耦合超导体，这意味着在给定的电子数量很少的情况下，它也能在相对较高的温度下进行超导。它能带来最大的收益。”研究人员计划制造三层以上的转角石墨烯结构，以了解具有更高电子密度的此类构型是否可以在更高的温度下表现出超导性，甚至实现室温超导。“如果能够工业化大规模生产这些结构，那么我们就可以制造用于量子计算的超导比特，或者低温超导电子器件、光子探测器等。不过我们还不知道如何一次制造数十亿个这样的结构，”Jarillo-Herrrero 说。Park 说：“我们的主要目标是理解强耦合超导的基本性质。三层石墨烯不仅是有史以来最强大的强耦合超导体，它还具备最大的调节空间。借助这种可调谐性，我们能够真正实现在相空间的任何位置探索超导电性。”论文信息：Park, J.M., Cao, Y., Watanabe, K. et al. Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twisted trilayer graphene. Nature (2021).

中国科学院紫金山天文台与中国电子科技集团第十三研究所合作，实现了基于超导体-石墨烯-超导体(SGS)约瑟夫森结的太赫兹频段高灵敏度探测器。近期，相关研究成果以A terahertz detector based on superconductor-graphene-superconductor Josephson junction为题，发表在Carbon上。 　　太赫兹频段(0.1-10 THz)介于微波与红外之间，是天文学领域观测早期遥远天体、冷暗天体及被尘埃遮掩而光学不可见天体等的独特“窗口”。在技术上，太赫兹频段处于电子学向光子学的过渡区域，是有待全面开发的电磁谱段。科研人员不断尝试新材料和新技术，以期实现背景极限灵敏度的天文探测。近年来，基于二维石墨烯材料的高灵敏度探测器技术快速发展，特别是二维石墨烯材料和超导材料相结合的SGS约瑟夫森结超导探测器已在微波波段实现，并有望拓展到太赫兹谱段，为研制高灵敏度太赫兹超导探测器开辟新途径。 　　该研究采用高温热解法外延生长的双层石墨烯薄膜作为微桥，连接两个铌(Nb)超导电极，研制出太赫兹谱段基于二维石墨烯材料SGS约瑟夫森结高灵敏度超导探测器。当石墨烯薄膜长度缩短至亚微米尺度时，科研团队观测到铌超导电极与石墨烯微桥间临近效应(Proximity effect)导致的约瑟夫森隧穿现象。研究通过监测石墨烯微桥中因吸收辐射引起的电流变化，即可检测太赫兹辐射信号。科研人员采用低噪声超导量子干涉仪(SQUID)作为该SGS约瑟夫森结探测器的读出电路，在1.4 THz频段和0.1-0.6K温区测得光学噪声等效功率(NEP)为2.5-5×10-16 W/Hz0.5，达到了该频段地面观测背景极限探测灵敏度。该研究首次在太赫兹谱段实现基于SGS约瑟夫森结高灵敏度探测器技术，拓展了二维石墨烯材料的应用方向，为研制天文应用大规模阵列太赫兹探测器提供新的技术途径。 　　研究工作得到国家自然科学委优秀青年科学基金项目、中科院关键技术研发团队项目等的支持。太赫兹超导体-石墨烯-超导体约瑟夫森结探测器示意图(左)和不同偏压下实测探测器灵敏度(光学噪声等效功率/NEP)随环境温度变化(右)

p 　　2018年3月5日，Nature杂志连续刊登了麻省理工学院(MIT)Pablo Jarillo-Herrero和曹原的两篇文章，发表了其团队在石墨烯超导领域的重大发现。宾夕法尼亚大学的Eugene J. Mele专门发文对此进行评述。 br/ /p p 　　曹原所在团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变，打开了非常规超导体研究的大门。这项研究成果为超导研究带来了新思路，也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台。 /p p img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/df0eb248-f1f4-431a-b33b-9f67cbe2e083.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p 　　曹原，1996年出生，2010年考入中国科学技术大学少年班，并入选严济慈物理英才班。他在校期间表现优异，2014年获中国科大毕业生最高荣誉的郭沫若奖学金，之后赴MIT攻读博士学位。2016年，他在美国物理学会主办的高水平学术期刊PRL(Physical Review Letters)发表文章Superlattice-induced insulating states and valley-protected orbits in twisted bilayer graphene，深获好评。 /p p 　　 /p p br/ /p

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 以色列当地时间1月13日，2020 年沃尔夫科学艺术奖获奖名单公布。麻省理工学院的 Pablo Jarillo-Herrero 教授、德州大学奥斯汀分校的Allan H. MacDonald 教授和 Rafi Bistritzer 博士因“魔鬼”双层石墨烯相关研究，荣膺2020 年沃尔夫物理学奖。值得一提的是，中国天才青年学者曹原也为该项目做出重要贡献。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/35e20fad-0698-4d69-91de-f6c3ceb833a0.jpg" title=" 魔鬼石墨烯.png" alt=" 魔鬼石墨烯.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 沃尔夫奖是以色列颁发的最负盛名的国际奖项，有“诺奖风向标”之称。沃尔夫物理学奖更是别誉为物理学界诺贝尔奖之外，另一重要的国际奖项。魔鬼双层石墨烯是2018年科学家们首次成功实验制备的可扭曲双层石墨烯——一种可轻度扭转的双原子厚碳层材料。它能够实现超导和绝缘态的转换。西班牙、美国、中国以及日本科学家共同研究的最新成果发现，这种材料在微小的电压变化下可以实现超导性的开启或关闭，大大提升了它在电子设备中的效用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这一研究起源于2011年，理论物理学家 Allan Macdonald 带领的小组，小组中的重要成员是博士后& nbsp Rafi Bistritzer& nbsp 发现了扭转双层石墨烯的有趣现象，即两层石墨烯间电子的隧穿速率取决于它们错开的角度。将两层单个原子厚度的石墨烯堆叠在一起，当它们之间的扭转角度达到1.1° 时，电子相互作用的效应会被极度地放大，从而使双层石墨烯表现出有趣的行为。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这一发现一开始并没有受到科学界的重视，但实验凝聚态物理学家Jarillo-Herrero被MacDonald 和Bistrizer的思想激发并进一步研究。2017年，其实验取得了成功。他们发现，在温度为1.7K（绝对零度以上1.7度），将两层石墨烯彼此扭转错开1.1° 的“魔角”时，它们表现为绝缘体，而只要施加微弱的门电压注入载流子，这种材料就会转变为超导体。这一研究成果于2018年发表在《自然》杂志上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 能够实现高温超导甚至是室温超导电性是所有超导研究人的终极梦想。魔鬼石墨烯的发现和进阶研究，或许会将这一天马行空的梦想变为可能。 /p

近年来，转角石墨烯受到国内的关注。转角石墨烯所具有的大周期莫尔晶格（Moiré pattern）及其所带来的能带折叠效应可以诱导出丰富、新奇的电子结构。尤其是在一些特殊的小角度上，电子结构中所出现的平带会衍生出较多不寻常的现象，如超导、强关联、自发铁磁性等。       目前，多数研究采用机械剥离和逐层转移的物理方法对转角石墨烯样品进行制备，而该方法存在条件苛刻、产出率低、界面污染等问题。为发展更加高效的制备技术，科学家通过对化学气相沉积法中衬底的设计，陆续突破了几种类型的转角石墨烯的规模化制备难题。然而，关于多层石墨烯的转角周期的可控制备方面，尚无比较普适的解决办法。       近日，中国科学院深圳先进技术研究院、上海科技大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国人民大学和德国慕尼黑工业大学，寻找到一种石墨烯的折纸方法，可实现高层间周期的转角石墨烯的可控制备。研究发现，铂金表面生长的石墨烯会形成一定的褶皱，褶皱长大后向两旁倒下，并在一些位置撕裂形成一个四重的螺旋位错中心。褶皱倒下时会折叠其一侧的石墨烯，带来与褶皱的“手性”角（也就是褶皱的方向与石墨烯晶向的夹角）具有两倍关系的单层转角。科学家称之为“一维手性到二维转角的转化关系”，并利用折纸模型对该现象进行了形象的演示。该研究进一步探讨了所形成的螺旋位错再生长带来的新奇现象，并发现各层石墨烯会随着再生长形成具有周期性的四层转角结构，其中第1、3层与原始石墨烯的晶向相同，而2、4层的晶向由褶皱手性角所决定。因此研究提出了一种新的周期转角多层石墨烯的制备方法，即通过控制石墨烯褶皱形成的方向，制备具有特殊层间转角周期的多层石墨烯。该方法可用于多种可以形成褶皱的其他二维材料。      相关研究成果以《通过石墨烯螺旋的一维到二维的生长将手性转化为转角》（Conversion of Chirality to Twisting via 1D-to-2D Growth of Graphene Spirals）为题，发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院和国家重点研发计划等的支持。图1. 石墨烯折纸现象的记录与演示。（a-d）原位ESEM实验所记录的褶皱形成、倒下和再生长的过程；（e-h）相应过程的示意图；（i-l）利用折纸模型演示褶皱的形成、倒下和再生长。图2. 螺旋位错附近的再生长过程。（a-d）原位SEM实验所记录的多个反向螺旋位错附近的再生长过程；（e-h）动力学蒙特卡洛对该过程的模拟演示；（i）原子尺度分辨率STM所表征的石墨烯褶皱“手性”角；（j-l）利用折纸模型演示褶皱倒下时形成的螺旋位错及下层石墨烯出现的转角；（m-t）螺旋位错再生长所带来的四层周期转角结构示意图。图3. 石墨烯螺旋的再生长和合并。（a-f）原位ESEM实验所记录的褶皱出现到最终生长成多层转角石墨烯的全过程；（g）TEM表征下的多层转角石墨烯；（h）原子分辨率的多层转角石墨烯表征图；（i-k）动力学蒙特卡洛对该过程的模拟。      图4. 多层螺旋石墨烯和多层堆垛石墨输运性质的区别。（a）原子力显微镜观察到的螺旋位错中心；（b-d）输运性质检测时的实验设置；（e-g）多层螺旋石墨烯和多层堆垛石墨的电阻和磁阻随温度变化的关系。

由德国哥廷根大学领导的一个国际研究团队在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们在对天然双层石墨烯开展的高精度研究中，发现了新奇的量子效应，并从理论上对其进行了解释。这一系统制备简单，为载荷子和不同相之间的相互作用提供了新见解，有助于理解所涉及的过程，促进量子计算机的发展。2004年，两位英国科学家用一种非常简单的实验方法从石墨中剥离出石墨片，并借助特殊胶带得到仅由一层碳原子构成的石墨烯。石墨烯是强度最高的材料之一，具有很好的韧性、超强导热性与导电性，应用前景十分广阔。如果将两层石墨烯彼此以特定的角度偏转，所得到的系统甚至会表现出超导性和其他激发量子效应，如磁性。但迄今为止，很难制备出这种偏转的双层石墨烯。在最新研究中，科学家们使用了天然形成的双层石墨烯。他们首先使用简单的胶带从一块石墨中分离出石墨烯样品。为观察量子力学效应，施加了垂直于样品的高电场。他们发现，所得到系统的电子结构发生了变化，且拥有类似能量的电荷载流子出现强烈的累积效应。研究进一步发现，在略高于绝对零度（-273.15℃）下，石墨烯中的电子可相互作用，出现了各种意想不到且复杂的量子相。如相互作用导致电子自旋对齐，使材料在没有施加外部影响的情况下具有磁性。通过改变电场，研究人员也能不断改变双层石墨烯中载流子相互作用的强度。此外，电子运动的自由度在特定条件下会受限，形成电子晶格，且由于相互排斥作用，不再有助于传输电荷，导致系统对电绝缘。哥廷根大学物理系托马斯韦茨教授表示，新系统的主要优势之一在于材料制备非常简单，研究人员不需要像以前那样在高温下才能获得所需结果，可用于进一步研究各种量子态及量子计算机等。

上世纪90年代，他主持美国能源部10亿美元的项目，研制高温超导线材两次刷新临界电流密度纪录 2007年，他创立美国新纳科技有限公司，建成居世界前列产能的纳米碳管生产线 2012年，他在中国成立鸿纳(东莞)新材料科技有限公司，建成具有世界级产能的少层石墨烯生产线̷̷他就是国家“千人计划”专家、美籍华人李琦博士。　　作为一名科研工作者，能够在一个前沿领域独占鳌头已是不易，而李琦从高温超导、纳米碳管到石墨烯领域，样样做成佼佼者。然而，天有不测风云，2016年12月21日，因主动脉血管突发破裂，他溘然离世，享年58岁。　　誓将实验室成果工业化　　“当初最吸引我的，是他的勤奋好学，以及他所拥有的自强不息、坚忍不拔的开创能力。”妻子方明女士回国整理李琦遗物期间，对科技日报记者回忆道。　　李琦和她是大学毕业后在北京相识、相恋和结婚。随后，他们相继赴丹麦哥本哈根大学求学，李琦以优异成绩获得物理学博士学位。　　方明记得李琦的弟弟曾讲，李琦自幼喜爱看书，动手能力很强，在家里常把半导体收音机拆了又装，一天到晚琢磨鼓弄电子玩意儿。尽管没有上过高中，他以初中的底子自学四个月就直接考上大学。当时他的物理成绩是全校最高分，只是语文差些，在所有入学新生里总分数较低，但大学毕业时，他总成绩列全校第一，也是唯一一个考上研究生的学生。　　细数李琦在国际权威学术期刊包括《自然》上发表的科技论文，竟达60余篇。然而，他对妻子说，此生最大誓愿，不是在学术刊物上发表论文，而要把实验室的成果工业化，并达世界第一量产，惠及大众。　　2015年，许多石墨烯企业还在烧钱摸石头过河。此时，李琦创立的鸿纳科技已与比亚迪合作，大批量提供石墨烯锂电池导电浆料产品，成为国内第一家赢利的企业，推开了中国石墨烯产业化的大门。　　志创世界级中国高科技公司　　那晚，李琦身感不适，被紧急送进医院等待第二天的手术，话别前来探望的亲朋之后，他心头仍放不下近期的技术研发项目，于是打出人生最后一个电话，同公司技术总监李召平讨论下周例会涉及的技术要点，时长约半小时。　　“考虑到李总的身体，就劝他别讲太长，这要在平时，他会跟我们讨论上一两个小时不止。”当时接电话的李召平向记者回忆道。　　李召平说：“作为一个企业家，李总不仅在一线指导公司技术创新，还亲力亲为做基础研究。给人印象深刻的首先是他的科学思维，他触类旁通，具有独特的技术敏感性，对新生事物能够快速吸收，他会留意谈话中的灵感一现，并想办法一步步实现 其次，针对客户需求开发产品，并做相关解决方案，为优化产品让客户使用方便，省去磨合环节，不怕增加工序 再有，经营企业具有前瞻性，超前布局未来5—10年的发展策略。”　　鸿纳科技行政总监关宝利告诉科技日报记者：“李总每天睡得很晚，经常抱着电脑看技术信息、专利或科技论文，琢磨如何能够进一步完善新产品。第二天一大早就去公司下车间看研发情况。国内创业近十年，他每年回美国与家人见面不足两周。他志在创立世界级的中国高科技公司，因此他视鸿纳科技如同自己的生命，一刻都未放下过。”　　敢为产业发展鞭策谏言　　李琦的突然离去，让石墨烯产业界很多人痛心疾首，他们不仅失去了一位学识渊博、乐观幽默的良师益友，还缺失了一位敢为产业发展谏言的鞭策者。　　李琦从做科研出身，到在美国运作高技术企业，深谙企业管理、质量管控及与市场的契合，他对企业发展有深刻的理解，超出一般科学家的见地，大量的实践让他对产业走向具有独到的洞察力。　　中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春博士在接受科技日报记者采访时指出：“李琦对产业的贡献，要远比对其企业的贡献多得多。他常对业内企业直言不讳，有时言辞犀利令人难以接受。然而，事后被他告诫的企业或大学教授都觉着他字字珠玉，避免了许多不必要的损失、少走了很多弯路。”　　李琦，一生为科研创新乐此不疲，把自己的率真、开拓、求索和坚毅毫无保留地奉献给石墨烯产业，人们将永远记住他——第一位叩开石墨烯产业大门的人。

p style=" text-indent: 2em margin-bottom: 10px line-height: 1.5em " 经过多年的研究攻关，我国科学家在世界上首次实现了原子级精准控制的石墨烯折叠。这是目前世界上最小尺寸的石墨烯折叠，对构筑量子材料和量子器件等具有重要意义，这一成果今天（6日）在国际学术期刊《科学》上发表。 /p p style=" text-indent: 2em margin-bottom: 10px line-height: 1.5em " 探索新型低维碳纳米材料及其物性是世界前沿的科学问题之一，相关研究曾两次获得诺贝尔奖。目前在单原子层次上精准构筑和调控基于石墨烯的低维碳纳米结构仍存在巨大挑战。中国科学院物理研究所的研究团队首次实现了对石墨烯纳米结构的原子级精准按需定制的可控折叠，构筑出一种新型的准三维石墨烯纳米结构。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 194px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/6c45d639-a4af-4ecb-8ae2-315a94ab2409.jpg" title=" 11.png" alt=" 11.png" width=" 500" height=" 194" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 550px height: 125px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/1ed31027-76c9-4f90-bfe0-2c48012aad5a.jpg" title=" 22.png" alt=" 22.png" width=" 550" height=" 125" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 193px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/be39c92a-43c7-4e00-831c-778c162810ab.jpg" title=" 33.png" alt=" 33.png" width=" 500" height=" 193" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em margin-bottom: 10px line-height: 1.5em " 据了解，该研究成果是目前世界上最小尺寸的石墨烯可控折叠，高鸿钧院士讲到，经过折叠，这些新型的二维原子晶体材料，有可能由没有超导特性变为有超导特性，由无磁性变为有磁性，利用这些特性变化，可以去构造功能的量子器件，如量子计算等，对未来应用具有重要意义。 /p

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 世界顶尖学术期刊、英国《自然》杂志(Nature)在北京时间12月19日零时发布了2018年度影响世界的十大科学人物，发现石墨烯超导角度的& quot 神童& quot 曹原，以及因世界首例基因编辑婴儿而饱受争议的贺建奎名列其中。对于这样的评选你有什么看法呢？ /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/3e32395a-7dc4-4b73-8ba1-62be05c1c01c.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 468" height=" 303" style=" width: 468px height: 303px " / /p p style=" text-align: center " strong 曹原 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 22岁的天才少年曹原出现在榜单的第一位。2018年3月5日，《自然》背靠背发表了两篇以曹原为第一作者的石墨烯重磅论文。这名中科大少年班的毕业生、美国麻省理工学院的博士生发现当两层平行石墨烯堆成约1.1° 的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。这一发现轰动国际学界，直接开辟了凝聚态物理的一块新领域。如今，正有无数学者试图重复、拓展他的研究。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 今年的封面图片明显指向曹原的成果。数字& quot 10& quot 中的& quot 0& quot 被处理成一个正六边形，宛如构成石墨烯的碳环结构。再仔细看，整个数字& quot 10& quot 由2层蜂窝状的小小正六边形填涂而成，分别为红色和蓝色，两层之间有微小的夹角，使得图像出现了重影。这点出了赋予石墨烯超导能力的& quot 魔角& quot 。 /span /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/5e7d56da-539a-4efd-9830-7ac70ce45195.jpg" title=" H2Yn-hqhtqsq3184596.jpg" alt=" H2Yn-hqhtqsq3184596.jpg" width=" 455" height=" 606" style=" width: 455px height: 606px " / /p p style=" text-align: center " strong 封面图片暗示曹原发现的石墨烯& quot 魔角& quot /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 值得一提的是，《自然》年度十大人物只是选取当年对科学界产生最大影响力的人物，并不一定是正面形象。2017年的榜单中就出现了一名& quot 反派& quot -- 美国总统特朗普任命的环保署署长斯科特· 普鲁特(Scott Pruitt)。这名气候变化怀疑论者入职后瓦解了奥巴马政府的一系列环保遗产。今年榜单中的& quot 反派& quot 则由& quot 基因编辑婴儿& quot 事件的主角、南科大副教授贺建奎担任。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 贺建奎在11月宣布两名经CRISPR编辑基因的双胞胎女婴降生，尽管现代辅助生育技术足以患有艾滋病的父亲生出健康的孩子，贺建奎依然决意用编辑胚胎基因的方法来试图达到免疫艾滋病的目的。外界普遍担忧，两个孩子的一生将被未知的健康风险笼罩。打开基因编辑伦理的& quot 潘多拉魔盒& quot 更令国际科学界物议沸腾。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/4247450c-dd23-425f-8ab4-6dbe43946298.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 511" height=" 302" style=" width: 511px height: 302px " / /p p style=" text-align: center " strong 贺建奎 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 不过，这名半路出家的基因编辑学者已不在媒体发声。& quot 他在世界舞台上登场得匆匆，消失得也匆匆。& quot 《自然》的特写文章写道。这篇文章的标题叫做《CRISPR流氓》。 a href=" https://www.nature.com/immersive/d41586-018-07683-5/index.html" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 原文请点击查看 /strong /span /a /p

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 2019年8月5-6日，由天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心(TICNN)主办的津京冀纳米科学青年科学家论坛(NSSC 2019)在天津大学如期召开。会议邀请到多名石墨烯、器件相关领域世界顶尖科学家与国内青年科学家，大家齐聚一堂，不分国界，共同探讨石墨烯等二维材料合成、制备以及相关电子学器件的研发、物理机制及纳米技术的前沿科学问题和未来发展方向。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/5b33c1a6-65eb-4d26-a575-5a2d387ea125.jpg" title=" IMG_8727.jpg" alt=" IMG_8727.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 论坛现场 /span /p p 　　天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心的本次论坛活动，得到多位顶尖科学家参加，包括美国佐治亚理工学院董事教授、美国国家工程院院士、中国工程院外籍院士、香港科学院创院院士，被业界广泛誉为“现代半导体封装之父”的汪正平教授 美国佐治亚理工学院董事会教授、石墨烯电子学的开拓者和奠基人Walter A. de Heer教授等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/edf8c346-2a20-4ef0-9db0-7bdf8ae961a8.jpg" title=" IMG_8655.jpg" alt=" IMG_8655.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学纳米中心执行主任马雷教授主持会议 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/2038f83e-febb-49a1-b5ac-13afde7180c3.jpg" title=" IMG_8677.jpg" alt=" IMG_8677.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 美国佐治亚理工学院董事教授汪正平 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Composition Tuned Hybrid Perovskites: From Materials Engineering & amp Device Design for Efficient,Stable Perovskite Solar Cells /span /p p 　　钙钛矿太阳能电池组成包括钙钛矿结构化合物等。钙钛矿材料如甲基铵卤化铅和全无机铯铅卤化物，生产成本低，制造简单。 /p p 　　(1)在传统的顺序沉积中，致密的PbI2薄膜可能阻碍MAI溶液在整个PbI2薄膜上的扩散，从而导致钙钛矿和TiO2之间界面中未反应的PbI2残留。为解决PbI2残留问题，汪正平团队开发了一种合成多孔PbI2薄膜的新方法。从PbAc2和MAI的前体开始，摩尔比1：2，在加热条件下释放热不稳定的CH3NH3(CH3COO)，从而由于体积收缩而在PbI2膜中产生孔隙。加载MAI溶液后，p-PbI2将改善PbI2向钙钛矿的转化。 /p p 　　(2)另外，spiro会引起不稳定，也是这种器件结构中最昂贵的材料。研究人员已经做出一些努力来开发新的HTL来代替spiro，它主要分为两类：合成更新的有机材料和开发低成本的无机材料。然而，复杂的合成过程可能阻碍有机材料的大规模生产。另一方面，含有PbS和CuI HTL的PSC存在低效率的问题，并且CuSCN可以与钙钛矿反应。在这方面，汪正平团队提出一种替代的p型材料：NiO。低温溶液处理的NiOx HTL可以显着提高整个器件的稳定性。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/9cece423-7f33-4e23-ac99-6311b8c8bdb0.jpg" title=" IMG_8739.jpg" alt=" IMG_8739.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心、美国佐治亚理工学院董事会教授Walter A. de Heer& nbsp /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Epigraphene for Graphene Based Nanoelectronics /span /p p 　　外延石墨烯，其研究的主要原因是外延石墨烯有望在一些关键领域(速度、能源效率和器件密度)成功替代硅电子技术。高目标的定位向世界上最先进的技术提出了挑战，显然需要很长的时间才能实现。从一开始，佐治亚理工学院的石墨烯项目(在石墨烯剥离之前的几年)的开拓性工作就专注于这一目标，并取得了系列成功。它是唯一符合可行纳米电子平台最基本要求的石墨烯电子平台：它必须基于单晶衬底，并且工艺必须是可扩展的。这些条件是超高规模集成和再现性所必需的，正如过去70年硅电子产品奇迹般的发展所表明的那样。 /p p 　　事实上，外延的缺乏最终导致剥落的纳米图案器件是绝缘体，而外延石墨烯纳米结构可以在微米尺度上弹射，即使边缘在结晶学上不完美。报告中，佐治亚理工学院Walter A. de Heer团队，与天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心马雷团队合作，在SiC的非极性面上的外延石墨烯的发展，其具有与在碳化硅中蚀刻的沟槽的侧壁上生长的石墨烯纳米带非常类似的边缘状态传输特性。电子传输由单通道边缘状态支配，平均自由程超过15μm，是石墨烯层的约1000倍。观察到涉及边缘态的异常量子霍尔效应。同时，天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心的石墨烯小组，在近期已经实现了从碳化硅晶柱到300微米晶体的全套工艺流程。 /p p 　　非极性外延石墨烯平台允许相互连接的纳米结构按照传统模式形成一维网络。在低温下，法布里 - 珀罗振荡明显，表明在很大距离上的相位相干性可以用于未来互连的相位相干器件。尽管传输的物理性质尚未完全了解，但很明显，这一发现为非传统石墨烯纳米电子技术提供了一条独特而可行的途径。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/36636a53-aa4b-4aa6-a8b5-35827505efd6.jpg" title=" IMG_8817.jpg" alt=" IMG_8817.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学李小英教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：SU(1,1) nonlinear interferometer and its Application /span /p p 　　近年来，一种新型的非线性干涉仪(NLI)引起了人们的广泛关注。与传统干涉仪不同，NLI利用光参量放大器进行波的分裂和组合。结果表明，NLIs在许多方面都优于传统干涉仪。特别地，非线性光学过程对波混合的参与允许不同类型的波的相干叠加。这种混合方式是传统干涉仪无法实现的，传统干涉仪的相干组合依赖于线性分束器。李小英介绍NLIs在原子自旋波、光波、声波等各种波中的性质，以及在量子计量、量子信息和量子态工程中的应用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/00da5e33-3a36-40ae-ac81-f74a784a4b40.jpg" title=" IMG_8842.jpg" alt=" IMG_8842.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 奥地利约翰开普勒大学孙立东副教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Real Time Monitoring of the Growth of Nano-Structures /span /p p 　　差示光谱学是一种用于探测表面和界面结构的通用技术。相比传统表面分析技术，这种技术具有表面敏感、非破坏性、不受真空条件的限制等优势。因此，这些方法非常适合于各种环境条件下的地表过程的原位研究。报告中，孙立东讨论了差示光谱学技术在监测和精确控制包括金属团簇、有机薄膜和二维过渡金属双卤代烷在内的纳米结构中的应用。最后，还介绍了荧光显微镜作为实时监测有机薄膜生长的原位探针的新应用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/88aa35d8-e3e0-4892-a470-84f322f99463.jpg" title=" IMG_8870.jpg" alt=" IMG_8870.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 韩国帕克原子力显微镜副总裁Sang-Joon Cho& nbsp /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Non-contact AFM with Self-Optimizing and Pinpoint Scan Control for Quantitative Nano-Metrology /span /p p 　　与光镜、电镜等显微镜相比，原子力显微镜(AFM)测量绝对尺寸时缺乏准确性和重复性、操作参数设置的复杂等限制了其被广泛采用。然而，由于研究和表征创新纳米材料的强烈需求，AFM分析的重要性日益增加。非接触模式AFM，采用前馈算法、Hann函数和双伺服系统，提高了x-y扫描的精度，保持了尖锐的尖端，针对非接触模式的扫描参数，帕克原子力显微镜开发了自优化算法，很大限度地减小了用户技能变化和用户对AFM测量的影响。此外，精确扫描控制可最大限度地减少磁性和电气测量的地形影响，并有助于定量表征纳米材料。Sang-Joon Cho在报告中演示了生物材料的定量纳米力学映射，以及半导体和光伏材料的纳米电子映射。表明，AFM的定量分析为控制材料各方面的发展开辟了新的途径，有助于提高效率、降低失效和成本。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/d412c221-a204-47ae-8121-57a8dfe36db5.jpg" title=" IMG_8936.jpg" alt=" IMG_8936.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 复旦大学包文中教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Wafer-Scale Devices and Circuits Based on 2D Transition Metal Dichalcogenides /span /p p 　　广泛研究的TMDs材料，如MoS2和WSe2，由于其二维特性和良好的电子输运特性，可通过大规模的合成方法获得，非常稳定，并具有优越的门控性能，显示了数字和射频电子的光明前景。报告中，包文中首先介绍了大规模控制合成MoS2, MoTe2和PtSe2的各种方法，以及为实际电子应用实现晶片级，均匀和高质量连续薄膜必须克服的主要障碍。并重点讨论了晶圆级TMD薄膜的兼容器件制造工艺，主要是关于场效应晶体管的电接触层和介电层的形成。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/fefcee17-c922-4f24-9a5d-45779b564a82.jpg" title=" IMG_8995.jpg" alt=" IMG_8995.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 日本产业技术综合研究所前副所长Kiyoshi Yokogawa& nbsp /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Application of SPM for Surface Science /span /p p 　　由于利用扫描探针显微技术(SPM)在原子尺度上表征表面结构的创新工作，Bennig和Rohrer于1986年获得诺贝尔物理学奖。该方法为纳米技术的建立奠定了基础。Kiyoshi Yokogawa介绍了其实验室利用SPM在表面科学中的应用：1)新碳——利用STM方法在大气中发现了由六边形和五边形组成的热处理富勒烯碳五边形，并发现了碳的新表面相石墨的环状上层结构 2)特高压下金属表面清洁——通过UHV-STM观察到Nb的1x1结构，即干净的表面，只有这样才能制造出干净的表面，因为Nb是非常活跃的氧或氢的金属。在清洁表面后，喷射氢气，观察气体对表面的影响 3) MFM的金属相——应变诱发的马氏体是HE形成的原因，但在电镜下不易识别，因此使用MFM对该相进行观察，发现双晶界处形成了马氏体，从而引起HE。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/8121f556-9a42-479d-94a1-de689ddd3486.jpg" title=" IMG_9020.jpg" alt=" IMG_9020.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 日本丰田工业大学Masamichi Yoshimura教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Alcohol Assisted Thermal Reduction of Graphene Oxide /span /p p 　　通过还原氧化石墨烯(GO)制备石墨烯是一个快速发展的研究领域，因为它能够大量生产石墨烯以用于广泛的应用。然而，由于GO的固有缺陷，利用GO制备原始石墨烯类材料仍然有许多挑战。到目前为止，有很多相关克服挑战的研究工作，如在非常高的温度下退火(约1800摄氏度)，或在外部碳源存在下还原等。Masamichi Yoshimura介绍了在醇存在下GO(通过改进的Hummers方法合成)的退火导致石墨烯，或更精确地恢复还原的氧化石墨烯(RGO)，具有改善的电性质。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/aced3828-3c52-4aab-a352-a1b5c36ccd0e.jpg" title=" IMG_9070.jpg" alt=" IMG_9070.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 南开大学何明教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：High Temperature Superconducting Microwave Devices and Systems /span /p p 　　高温超导器件和系统具有插入损耗低、噪声低、选择性高等优点，具有较高的灵敏度和抗干扰性能。它们在无线通信、国家安全、医学、材料科学、卫星通信等诸多领域有着广泛的应用。目前，高温超导微波接收机前端子系统已成功应用于深空探测、卫星通信、雷达系统等领域。何明介绍了薄层超导薄膜、高温超导滤波器及其在微波系统中的应用进展。还分享了高温超导微波系统的小型化及单芯片集成技术等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/192d46de-602e-4594-9c8b-97f09f20c3b4.jpg" title=" IMG_9095.jpg" alt=" IMG_9095.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 云南大学杨鹏教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Few Layered PtS 2 and its Properties /span /p p 　　近年来，MoS2和WS2(Group 6)等层状过渡金属二卤代烃(TMDs)的研究取得了很大的进展。然而，对于属于其他TMDs的研究却很少。杨鹏报告中介绍到，采用化学气相沉积法制备了大面积少层析的pt2(Group 10)。然后分别用原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、极化拉曼光谱(偏振拉曼光谱)、光致发光(PL)、场效应晶体管(FET)和范德堡(van der Pauw)等方法对这些层数较少的PtS 2进行了表征。结果表明，pt2具有很高的载流子迁移率和温度依赖性拉曼光谱，在先进的光电器件中具有潜在的应用前景。（实验过程，得到天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心相关表征设备的协助） /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/ac55ffa7-f88d-4c48-a46a-de222078b300.jpg" title=" IMG_9132.jpg" alt=" IMG_9132.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学孙志祥副教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 　　演讲题目：Nanoscale Defect Effects in Sr2IrO4 Probed by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy /span /p p 　　Sr2IrO4作为莫特绝缘体与铜酸盐的母体化合物具有许多相似之处。有许多预测认为适当掺杂可能会产生高温超导相。然而，缺陷/掺杂诱导绝缘子向金属过渡(IMT)的机理还有待进一步研究。报告中，孙志祥介绍了利用低温扫描隧道显微镜针对Sr2IrO4的相关研究，利用原子分辨表面形貌，识别出不同类型的内在表面缺陷。在隧穿光谱中还观察到电荷转移行为。同时，通过比较其他类似化合物的结果，也讨论了IMT的一般机理。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/450413ff-6b99-4794-9125-a0f08497d060.jpg" title=" IMG_9143.jpg" alt=" IMG_9143.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 首都师范大学王贺 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Ferromagnetic Tip Induced Unconventional Superconductivity in Weyl Semimetal /span /p p 　　王贺于2016年在北京大学获得博士学位，随后在天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心马雷教授团队进行博士后工作，2018年加入首都师范大学。本次报告内容主要介绍了其博士和博士后期间的相关研究内容。外尔半金属表面诱导超导性为研究拓扑超导性提供了一个很有前途的平台，这是目前凝聚态物理研究的一个热点。通过实验发现，在TaAs单晶中，铁磁尖的硬点接触法可以诱导非常规的超导性。铁磁尖诱导超导态的磁输运测量显示出量子振荡，揭示了点接触的拓扑性质，并显示出铁磁与诱导超导态的相容性。进一步证明显示，铁磁尖诱导的超导态隧穿输运的点接触谱可以用拓扑超导机制来解释。考虑到新型超导电性外尔半金属材料在实验中难以实现，研究结果为通过硬点接触法将拓扑半金属材料与铁磁性材料结合起来研究非常规超导电性提供了一条新的途径。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/240b5740-d2ed-4849-9d5a-8f359ac78f66.jpg" title=" IMG_9168.jpg" alt=" IMG_9168.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 帕克原子力显微镜美国分部总裁Keibock Lee& nbsp /span /p p 　　Keibock Lee简单分享了帕克原子力显微镜公司“Enable nanoscle advances for the betterment of our world”的愿景，公益基金方面，除了Park AFM Scholarships奖学金，还透露即将面向年轻教授推出Startup Professorship Award。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/8bf0a2fc-2d53-49c1-a481-70dc3c2342a2.jpg" title=" 讨论.png" alt=" 讨论.png" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 会上讨论 /span /p p 　　继会议首日13个精彩报告后，会议第二日，接着进行了16个主题报告，继续就石墨烯等二维材料合成、制备以及相关电子学器件等纳米科学问题进行了进一步讨论。 /p p 　　本次会议，由于正值天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心(以下简称：TICNN)全面运行一周年之际。于是，会议间隙，在马雷老师的讲解下，与会者共同参观了纳米中心，切身体会到纳米中心一年来的建设成果。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 822px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/44f794aa-c5ff-4ef6-861f-558da1525215.jpg" title=" 参观1.png" alt=" 参观1.png" width=" 600" height=" 822" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 纳米中心参观花絮一 /span /p p 　　天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心由天津大学于2015年10月批准建立，次年，马雷教授回国全身心投入到中心的建设。2018 年 7 月 22 日，TICNN正式全面运行。与传统研究中心不同，天津大学纳米中心在整个创建过程中，实现了诸多原创性仪器设备的搭建，并形成一系列自主知识产权。中心目标为力求建设成为世界一流的石墨烯电子学、团簇物理学和柔性电子学的国际化研究平台。三个主要研究方向分别为外延石墨烯电子学，团簇物理学，先进功能性碳材料及柔性可穿戴电子学。 /p p 　　在短短一年时间里，在马雷老师的带领及其团队的共同努力下，纳米中心现已建设成为功能日益完善的国际化研究中心，纳米中心各类大型实验设备的调试安装已经进入尾声，在为校内外科研同行提供了丰富便捷的公共测试服务的同时，实现了设备仪器与技术工艺的全面共享。其次，纳米中心自主设计并建造了 3 套自由团簇研究系统用以深入系统地研究自由团簇的电子结构、高激发态寿命及其内壳层的电子结构...... /p p 　　更多关于“天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心”的建立背景、快速发展现状，请点击以下视频全面了解： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=854F7B100766EDD09C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=5B1BAFA93D12E3DE& playertype=2" type=" text/javascript" /script p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 822px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/c88bf30e-a610-4964-8f9f-7faee747c703.jpg" title=" 参观2.png" alt=" 参观2.png" width=" 600" height=" 822" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 纳米中心参观花絮二 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/39b22286-1a43-4a58-b370-5eaa00fc8ab4.jpg" title=" IMG_8811.jpg" alt=" IMG_8811.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Coffee Break& nbsp /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/007c9911-d592-48d7-8625-3fb05e07fe4f.jpg" title=" IMG_9190_副本.jpg" alt=" IMG_9190_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 合影留念 /span /p

nature：二维磁性材料的磁结构与相关特性研究关键词：二维铁磁材料；低温纳米精度位移台；反铁磁态；二次谐波 近年来，二维磁性材料在国际上成为备受关注的研究热点。近日，中国与美国的研究团队合作，在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应，并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。同时，研究团队发现双层反铁磁三碘化铬的二次谐波信号相比于过去已知的磁致二次谐波信号（例如氧化铬Cr2O3），在响应系数上有三个以上数量的提升，比常规铁磁界面产生的二次谐波更是高出十个数量。利用这一强烈的二次谐波信号，团队成功揭示双层三碘化铬的原胞层堆叠结构的对称性。图一 双层三碘化铬的二次谐波光学显微图 运用光学二次谐波这一方法来探测二维磁性材料的磁结构与相关特性是此实验的关键。团队利用自主研发搭建的无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统，完成了关键数据的探测。值得指出的是，该无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统采用德国attocube公司的低温强磁场纳米精度位移台和低温扫描台来实现样品的位移和扫描。德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。公司已为全科学家生产了4000多套位移系统，用户遍及全球著名的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑，体积小，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和纳米精度扫描器。图二 attocube低温强磁场位移器、扫描器attocube低温位移台技术特点如下：参考文献:Sun, Z., Yi, Y., Song, T. et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 572, 497–501 (2019). nature：石墨烯摩尔超晶格可调超导特性研究关键词：石墨烯 超晶格 高温超导高温超导性机制是凝聚态物理领域世纪性的课题。这种超导性被认为会在以Hubbard模型描述的掺杂莫特缘体中出现。近期，美国和中国的国际科研团队合作在nature上报道了在ABC-三层石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩尔超晶格中发现可调超导性特征。研究人员通过施加垂直位移场，发现ABC-TLG/hBN超晶格在20K的温度下表现出莫特缘态。进一步通过冷却操作发现，在温度低于1K时，该异质结的超导特特性开始出现。通过进一步调控垂直位移场，研究人员还成功实现了超导体-莫特缘体-金属相的转变。 图1.德国attocube公司低温mK纳米旋转台电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，本底温度为40mK的稀释制冷机内进行的。值得指出的是，样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，这必须要求能够在低温（40mK）环境下实现良好且工作的旋转台来移动样品，确保样品与磁场方向平行。实验中使用了德国attocube公司的mK纳米精度旋转台（如图1所示）。Attocube公司可提供水平和竖直方向的旋转台，使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在超导体-莫特缘体-金属相的转变（结果如图2所示），为三层石墨烯/氮化硼的超晶格超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质和新奇电子态的研究提供了模型系统。 图2. ABC-TLG/hBN的超导性图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质节的超导性测量测试结果，样品通过attocube的mK适用旋转台旋转后方向与磁场方向平行参考文献：Guorui CHEN et al, Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice, Nature, 572, 215-219 (2019) nature：分数量子霍尔效应区的非线性光学研究关键词：量子霍尔效应 四波混频 化激元设计光学光子之间的强相互作用是量子科学的一项重要挑战。来自瑞士苏黎世联邦理工学院（Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich, Zürich,）的研究团队在光学腔中嵌入一个二维电子系统的时间分辨四波混频实验，证明当电子初始处于分数量子霍尔态时，化激元间的相互作用会显著增强。此外，激子-电子相互作用导致化子-化激元的生成，还对增强系统非线性光学响应发挥重要作用。该研究有助于促进强相互作用光子系统的实现。值得指出的是，该实验在温度低于100mK的环境下进行，使用德国attocube公司的低温mK环境纳米精度位移台来实现物镜的移动和聚焦。参考文献:Knüppel, P., Ravets, S., Kroner, M. et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572, 91–94 (2019). Science：NV center在加压凝聚态系统中的量子传感研究关键词：NV色心 量子传感器压力引起的影响包括平面内部性质变化与量子力学相转变。由于高压仪器内产生巨大的压力梯度，例如金刚石腔，常用的光谱测量技术受到限制。为了解决这一难题，巴黎十一大学，香港中文大学和加州伯克利大学的研究团队研发了一款新型纳米尺度传感器。研究者把量子自旋缺陷集成到金刚石压腔中来探测端压力和温度下的微小信号，这样空间分辨率不会受到衍射限限制。为此加州伯克利大学团队采用了德国attocube公司的与光学平台高度集成的闭循环低温恒温器- attoDRY800来进行试验，其中包含了attocube公司的低温纳米精度位移台，以此来实现快速并且控制金刚石压强的移动以及测量实验。参考文献：[1] S. Hsieh et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1349-1354 (2019) [2] M. Lesik, et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1359-1362 (2019)[3] K. Yau Yip et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1355-1359 (2019)

新材料是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材料。新材料的发现、发明和应用推广与技术革命和产业变革密不可分。加快发展新材料，对推动技术创新，支撑产业升级，建设制造强国具有重要战略意义。 近日，工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部四部委联合印发新材料产业发展指南通知。 《通知》从产业背景、总体思路、发展方向、重点任务，以及保障措施五个方面对新材料产业发展进行了详细介绍。其中突破重点应用领域急需的新材料包括：新一代信息技术产业用材料、高档数控机床和机器人材料、航空航天装备材料、海洋工程装备及高技术船舶用材料、先进轨道交通装备材料、节能与新能源汽车材料、电力装备材料、生物医药及高性能医疗器械材料、节能环保材料等。前沿新材料先导工程包括：石墨烯、增材制造材料、纳米材料、超导材料、极端环境材料等。具体通知内容见附件。 通知原文如下：工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部关于印发新材料产业发展指南的通知工信部联规〔2016〕454号　　各省、自治区、直辖市人民政府，新疆生产建设兵团，国务院有关部委、直属机构，有关行业协会:　　为贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》和《中国制造2025》，引导“十三五”期间新材料产业健康有序发展，工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部联合制定《新材料产业发展指南》。经国务院同意，现印发你们，请结合实际认真贯彻实施。　　附件：新材料产业发展指南.doc　　工业和信息化部　　发展改革委　　科技部　　财政部　　2016年12月30日

多层石墨烯及其堆垛顺序具有特的物理特性及全新的工程应用，可以将材料从金属调控为半导体甚至具有超导特性。石墨烯薄膜的性质相对于层数及其晶体堆垛顺序有很大变化。例如，单层石墨烯表现出高的载流子迁移率，对于超高速晶体管尤为重要。相比之下，AB堆垛的双层或菱面体堆垛的多层石墨烯在横向电场中显示出可调的带隙，从而产生了高效的电子和光子学器件。此外，有趣的量子霍尔效应现象也主要取决于其层数和堆垛顺序。因此，对于大面积制备而言，能够控制石墨烯的层数以及晶体堆垛顺序是非常重要的。 近日，韩国基础科学研究所（IBS）Young Hee Lee教授和釜山国立大学Se-Young Jeong教授在期刊《Nature Nanotechnology》以“Layer-controlled single-crystalline graphene film with stacking order via Cu-Si alloy formation” 为题报道了采用化学气相沉积的方法来实现大面积层数及堆垛方式可控的石墨烯薄膜的突破性工作。为石墨烯和其他2D材料层数的可控生长迈出了非常重要的一步。 文章提出了一种基于扩散至升华（DTS）的生长理论，实现层数可控生长的关键是在铜箔基底上先可控生长SiC合金，具体来讲（如图1所示），先在CVD石英腔室内原位形成Cu-Si合金，之后将CH4气体引入反应室并催化成C自由基，形成SiC，随后温度升高至1075℃以分解Si-C键，由于蒸气压使Si原子升华。因此，C原子被留下来形成多层石墨烯晶种，在升华过程中，这些晶种横向扩展到岛中（步骤III），并扩展致边缘。在给定的Si含量下注入不同浓度稀释的CH4气体，可以控制Si-Cu合金中石墨烯的层数。图1e显示了在步骤II中引入不同稀释浓度CH4气体时C含量的SIMS曲线，在较高CH4气体浓度下，C原子更深地扩散到Cu-Si薄膜中，形成较厚的SiC层，然后生长较厚的石墨烯薄膜。由此实现可控的调节超低限CH4浓度引入C原子以形成SiC层，在Si升华后以晶圆尺寸生长1-4层石墨烯晶体。 　　图1. 不同生长过程中的光学显微镜结果，生长示意图及XPS能谱和不同生长步骤中Si和C含量的二次离子质谱SIMS曲线 随后，为了可视化堆垛顺序并揭示晶体取向的特电子结构，进行了nano-ARPES光谱表征，系统研究了单层，双层，三层和四层石墨烯的能带结构（图2a-d），随着石墨烯层数增加，上移的费米能逐渐下移。另外，分别根据G和2D峰之间的IG/I2D强度比和拉曼光谱二维模式的线形来确定石墨烯薄膜的层数和堆垛顺序。IG/I2D随着层数增加而增加（从0.25到1.5），并且2D峰发生红移（从2676 cm-1到2699 cm-1）。后，双层、三层和四层石墨烯的堆垛顺序通过双栅器件的电学测量得到了确认（图2i-k）。在双层石墨烯（图2i）中，沟道电阻（在电荷中性点处）在高位移场下达到大值，从而允许使用垂直偶电场实现带隙可调性。在三层器件上进行了类似的测量（图2j），与AB堆垛的双层相反，由于导带和价带之间的重叠，沟道电阻随着位移增加而减小，这可以通过改变电场来控制，从而确认了无带隙的ABA-三层石墨烯。在四层器件中也观察到了类似的带隙调制（图2k），确认了ABCA堆垛顺序。 图2. 不同层数的石墨烯样品的nano-ARPES,拉曼及电学输运表征 本文通过在Cu衬底表面上使用SiC合金实现了可控的多层石墨烯，其厚度达到了四层，并具有确定的晶体堆垛顺序。略显遗憾的是本文并没有对制备的不同层数的石墨烯样品进行电导率，载流子浓度及载流子迁移率的标准测试。值得指出的是，近期，西班牙Das-Nano公司基于THz-TDS技术研发推出了一款可以实现大面积（8英寸wafer）石墨烯和其他二维材料100%全区域无损非接触快速电学测量系统-ONYX。ONYX采用一体化的反射式太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）弥补了传统接触测量方法（如四探针法- Four-probe Method，范德堡法-Van Der Pauw和电阻层析成像法-Electrical Resistance Tomography）及显微方法（原子力显微镜-AFM, 共聚焦拉曼-Raman，扫描电子显微镜-SEM以及透射电子显微镜-TEM）之间的不足和空白。ONYX可以快速测量从0.5 mm2到~m2的石墨烯及其他二维材料的电学特性，为科研和工业化提供了一种颠覆性的检测手段。ONYX主要功能：→ 直流电导率（σDC）→ 载流子迁移率, μdrift→ 直流电阻率, RDC→ 载流子浓度, Ns→ 载流子散射时间，τsc→ 表面均匀性ONYX应用方向：石墨烯光伏薄膜材料半导体薄膜电子器件PEDOT钨纳米线GaN颗粒Ag 纳米线

p 　　中国电子科技集团有限公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、中国科学院纳米器件与应用重点实验室再次合作，在高灵敏度石墨烯场效应晶体管(G-FET)太赫兹自混频(Homodyne mixing)探测器的基础上，实现了外差混频(Heterodyne mixing)和分谐波混频(Sub-harmonic mixing)探测，最高探测频率达到650 GHz，利用自混频探测的响应度对外差混频和分谐波混频的效率进行了校准，该结果近期发表在碳材料杂志Carbon上(Carbon 121, 235-241 (2017))。 /p p 　　频率介于红外和毫米波之间的太赫兹波(Terahertz wave)在成像、雷达和通信等技术领域具有广阔的应用前景，太赫兹波与物质的相互作用研究具有重要的科学意义。高灵敏度太赫兹波探测器是发展太赫兹应用技术的核心器件，是开展太赫兹科学研究的重要手段与主要内容之一。太赫兹波探测可分为直接探测和外差探测两种方式：直接探测仅获得太赫兹波的强度或功率信息 而外差探测可同时获得太赫兹波的幅度、相位和频率信息，是太赫兹雷达、通信和波谱成像应用必需的核心器件。外差探测器通过被测太赫兹信号与低噪声本地相干太赫兹信号的混频，将被测信号下转换为微波射频波段的中频信号后进行检测。与直接探测相比，外差探测通常具备更高的响应速度和灵敏度，但是探测器结构与电路更加复杂，对混频的机制、效率和材料提出了更高的要求。 /p p 　　天线耦合的场效应晶体管支持在频率远高于其截止频率的太赫兹波段进行自混频探测和外差混频探测。前者是直接探测的一种有效方法，可形成规模化的阵列探测器，也是实现基于场效应晶体管的外差混频探测的基础。目前，国际上基于CMOS晶体管实现了本振频率为213 GHz的2次(426 GHz)和3次(639 GHz)分谐波混频探测，但其高阻特性限制了工作频率和中频带宽的提升。 /p p 　　石墨烯场效应晶体管因其高电子迁移率、高可调谐的费米能、双极型载流子及其非线性输运等特性为实现高灵敏度的太赫兹波自混频和外差混频探测提供了新途径。前期，双方重点实验室秦华团队和冯志红团队合作成功获得了室温工作的低阻抗高灵敏度石墨烯太赫兹探测器，其工作频率(340 GHz)和灵敏度(～50 pW/Hz1/2)达到了同类探测器中的最高水平(Carbon 116, 760-765 (2017))。此次合作进一步使工作频率提高至650 GHz，并实现了外差混频探测。 /p p 　　如图1所示，工作在650 GHz的G-FET太赫兹探测器通过集成超半球硅透镜，首先通过216、432和650 GHz的自混频探测，验证了探测器响应特性与设计预期一致，并对自混频探测的响应度和太赫兹波功率进行了测试定标。在此基础上，实现了本振为216 GHz和648 GHz的外差混频探测，实现了本振为216 GHz的2次分谐波(432 GHz)和3次分谐波(648 GHz)混频探测。混频损耗分别在38.4 dB和57.9 dB，对应的噪声等效功率分别为13 fW/Hz和2 pW/Hz。2次分谐波混频损耗比216 GHz外差混频损耗高约8 dB。 /p p 　　此次获得混频频率已远高于国际上已报道的石墨烯外差探测的最高工作频率(～200 GHz)，但中频信号带宽小于2 GHz，低于国际上报道最高中频带宽(15 GHz)。总体上，目前G-FET外差混频探测器性能尚不及肖特基二极管混频器。但是，无论在材料质量还是在器件设计与工艺技术上，都有很大的优化提升空间。根据Andersson等人预测，G-FET的混频转换效率可降低至23.5 dB，如何达到并超越肖特基二极管混频探测器的性能指标是未来需要重点攻关的关键问题。 /p p 　　图3所示为基于432 GHz的直接探测以及二次谐波探测的透射成像图对比，分谐波探测时的透射成像显现出比直接探测更高的动态范围，可达40 dB。 /p p 　　该研制工作得到了国家自然科学基金项目(No. 61271157, 61401456, 61401297等)、国家重点研发计划(2016YFF0100501， 2014CB339800)、中科院青促会(2017372)、中科院苏州纳米所纳米加工平台、测试分析平台和南京大学超导电子学研究所的大力支持。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/c73fe96e-7527-4de4-8f95-ff4e6c2935aa.jpg" title=" 1.jpg" / 　 /p p style=" text-align: center " 图1：650 GHz天线耦合的G-FET太赫兹外差混频探测器 br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/70869861-507f-4a27-91dc-64a7cf6c6185.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2：(a)准光耦合的外差混频探测系统示意图 (b)216 GHz外差混频探测的中频频谱 br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/15463ac0-04f0-4c63-9091-fee1013ca466.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图3：(a)分别采用432 GHz直接探测和本振为216 GHz的2次分谐波探测对树叶进行的透射成像效果对比 (b)采用本振为216 GHz的2次分谐波探测对柠檬片的透视成像。 /p

据报道，美国科罗拉多大学研究人员日前成功合成出石墨炔，此项成果或为电子、光学和半导体材料研究开辟全新的途径。事实上，石墨炔的合成研究一直是科学家们孜孜以求的目标，早在2010年，我国的李玉良院士团队就在世界上首次合成石墨炔。我们很多人都听说过大名鼎鼎的石墨烯，也知道2010年的诺贝尔物理学奖就是颁发给了石墨烯材料的研发者。石墨炔与石墨烯，仅一字之差，它们之间是否存在某种联系？石墨炔能否和石墨烯媲美？这里我们就来深入了解一下。21世纪是石墨烯的世纪　　让我们先从更早出世的石墨烯说起。　　听上去，石墨烯和石墨似乎有着某种联系，事实也确实如此。石墨烯和石墨、金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质。它们都是碳家族的一员，互为同素异形体，含有碳元素但具有不同的排列方式，从而表现出不同的物理性质。　　比如金刚石（钻石的原身），它呈正四面体空间网状立体结构，碳原子之间形成共价键；当切割或熔化时，需要克服碳原子之间的共价键，由于金刚石中所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。　　石墨是片层状结构，层内碳原子排列成平面六边形，每个碳原子以3个共价键与其它碳原子结合，而层与层之间的距离则比较大，层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。天然石墨耐高温，热膨胀系数小，导热、导电性好，摩擦系数小。铅笔之所以在纸上轻轻一划就会留下痕迹，正是这种松散堆砌的结果。　　石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，可以说石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至几十层的石墨烯。　　换句话说，把石墨一层一层地剥下来就是石墨烯了。从力学性质上说，石墨烯同石墨一样，其各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。　　科学家已经证实了石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，比钻石还坚硬，是世界上最硬的钢铁强度的100多倍。瑞典皇家科学院在颁发2010年诺贝尔物理学奖时曾这样比喻：“利用单层石墨烯制作的吊床可以承载一只4千克的兔子”。有人这样引申说，由于石墨烯厚度只有单层原子，透光率高达97.7%，因此如果真有那样的吊床，它不仅对于肉眼，甚至对于很多仪器来说都是不可见的，我们看到的将是一只悬停在半空中的兔子。还有估算显示，如果重叠石墨烯薄片，使其厚度与食品保鲜膜相同的话，便可承载2吨重的汽车。　　从热电性质上来说，在石墨烯的“二维世界”里，电子运动具有很奇特的性质，即电子的质量仿佛是不存在的，其传导速度可达光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。加上石墨烯结构在常温下的高度完美性，使得电子的传输及对外场的反应都超级迅速，这使得石墨烯具有超常的导电性和导热性。　　而且更重要的是，石墨烯还可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的线度上依然能稳定地工作。若是用石墨烯来替代硅生产超级计算机，计算机的运行速度将会比现在快数百倍。因此很多人相信，石墨烯将会成为硅的接班人，引领技术领域一个新的微缩时代的来临。　　除了具有超高的强度和韧性外，石墨烯几乎是完全透明的，即使是最小的单分子原子（氦原子）也无法穿过，只吸收2.3%左右的光，还有不透水、不透气以及抵御强酸、强碱的能力，这使它有可能成为制作保护膜的理想材料。石墨烯既能导电又高度透明的特点，使得它非常适合作为透明电子产品的原料，例如触摸显示屏、太阳能电池板的原料等。　　研究人员利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新型储能设备——微型石墨烯超级电容器。这种装置的充电或放电速度比常规电池快100倍到1000倍，能在一分钟内给手机甚至汽车充满电。　　正因如此，所以有人说，如果20世纪是硅的世纪，那么21世纪就是石墨烯的世纪。　　2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，在实验中成功地从石墨中分离出石墨烯。2010年，两人因此共同获得了诺贝尔物理学奖。“下一代奇迹材料”石墨炔　　石墨烯已经如此神奇了，那么石墨炔呢？它有什么不一样的神奇之处吗？　　石墨炔和石墨烯一样，也是只由碳原子构成，也是只有一层原子厚度的二维晶体。不同的地方在于，石墨烯的平面原子结构是六边形，也被称为蜂巢晶格结构；而石墨炔的平面原子结构则能具有数种不同的二维结构，其理论上能以无数种形态存在，目前已经至少有6种石墨炔异构体被报道。　　正是因为拥有异构体结构，石墨炔具有某些独特的电子传导、力学和光学特性。此外，石墨炔还天生具有电荷载子，不像石墨烯需要额外掺杂，因此能作为制作电子元件所需的半导体材料。　　早在1968年，理论化学家鲍曼就通过理论计算证实了石墨炔结构的存在。但要想在实际中合成制备出石墨炔，还面临着很多巨大的困难。我们可以这样理解，石墨烯的平面碳原子结构和石墨的单层平面碳原子结构毕竟是相同的，因此合成制备石墨烯还可以以石墨为抓手，而合成石墨炔的难度显然是更大了。　　科学家们一直在为此不懈努力。在2010年，中科院化学所李玉良院士团队在石墨炔研究方面取得了重要突破，在世界上首次合成了石墨炔，开辟了碳材料的新领域。李玉良和他的团队从20世纪90年代中期开始探索平面碳的合成化学研究。在石墨炔的合成中，他们从源头的分子设计开始进行研究，渐渐地试着合成一些分子的片段。直到有一天在阅读文献的过程中，李玉良研究员突然联想到了一种化学的方法有可能使石墨炔大面积成膜。他们在铜片表面上通过化学方法原位合成石墨炔并首次成功地获得了大面积（3.61平方厘米）碳的新的同素异形体——石墨炔薄膜。　　今年5月9日发表在《自然合成》上的研究论文，则在石墨炔合成制备上提供了一个新的途径。此文通讯作者、科罗拉多大学波尔德分校化学教授张伟和他的团队，通过使用被称为炔烃换位反应的有机反应过程中，在热力学和动力学的控制下重新分割或切割和重组烷基化学键，也成功地制作出石墨炔。　　石墨炔被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。由于其特殊的电子结构及类似硅的优异半导体性能，石墨炔有望广泛应用于电子、半导体领域。　　锂在石墨中的扩散方式是面内扩散，也就是层间扩散。与石墨不同的是，石墨炔同时有二维平面结构和三维孔道结构，锂在其中有面内和面外两种扩散方式，这使得石墨炔在锂离子电池方面具有很好的应用潜力。石墨炔是一种理想的储锂材料，可以作为锂离子电池的高能量密度存储的负极材料。科学家也预测它在新能源领域将产生非比寻常的影响。　　石墨炔这种材料或许还有一些令人意想不到的神奇功能。据2020年发表在《科技日报》上的一则报道，山东理工大学低维光电材料与器件团队发现，石墨炔具有优异的紫外非线性特性，可以“恰到好处”地吸收紫外线。相关成果发表在国际知名期刊《纳米尺度》上。所谓紫外非线性材料，就是能够在紫外线强度比较低的情况下允许其通过，但若紫外线强度高于某一阈值，那么该材料就会神奇地将超额的紫外线阻挡住，形成对生物细胞的保护，从而使其成为理想的紫外防护材料。　　英国《纳米技术》杂志曾这样评价：“石墨炔是未来最具潜力和商业价值的材料之一，它将在诸多领域得到广泛的应用。”　　在合成石墨炔领域，我国科学家有着开创性的成果。而要获得大规模工业制备石墨炔的方法，还需要全球科学家们付出更多艰苦的努力，前景令人期待。

2021年10月24日，石墨烯测量与标准论坛暨CSTM石墨烯技术委员会成立仪式于北京石墨烯论坛2021期间在北京稻香湖景酒店成功举办。论坛由北京石墨烯研究院、中国计量科学研究院、深圳中国计量科学研究院技术创新研究院联合组织，60余位全国从事石墨烯标准、计量、检验检测、认证认可工作的专家、学者和领导出席，共同就国家质量技术基础（NQI）对石墨烯产业的支撑和石墨烯NQI技术问题进行了深入交流。北京石墨烯研究院副院长彭海琳致辞深圳中国计量科学研究院技术创新研究院副院长宋振飞致辞中国标准化研究院副院长邱月明致辞论坛先后由北京石墨烯研究院质检中心主任周新与中国计量院新材料计量研究室主任任玲玲主持；北京石墨烯研究院副院长彭海琳、深圳中国计量科学研究院技术创新研究院副院长宋振飞、中国标准化研究院副院长邱月明相继致辞，随后进入报告环节。中国计量院新材料计量研究室主任 任玲玲报告题目：《石墨烯材料计量标准合格评定与产业高质量发展》“计量、标准、合格评定”简称NQI，是未来世界经济可持续发展的三大支柱。任玲玲主任系统介绍了NQI的组成、基本概念以及在材料全生命周期中的着力点，分别从材料基础研究到生产过程、产品不同产业周期举例说明计量、标准对其质量控制和提升的重要性。并重点介绍了NQI在石墨烯领域的重要研究成果及效益；国家市场监管总局成立的两个石墨烯NQI中心的核心任务，及其对石墨烯基础研究、产业发展的带动作用。国家纳米科学中心研究员谢黎明报告题目：《石墨烯标准化研究的现状与挑战》石墨烯具有优异的光学、电学、热线、力学等性能，在高频光电器件、特种光纤、电池、导热膜等领域应用前景广阔。而产业的发展离不开标准支撑，石墨烯的标准制订至关重要。谢黎明研究员在报告中介绍了国内外石墨烯标准研制现状及存在的技术挑战，他指出，国际上ISO、IEC、美国ASTM等机构都在研制石墨烯标准，其中IEC标准最为全面，覆盖术语、测试指南、结构检测、物性测量等，具有较大影响力；我国SAC-TC279标准化委员会也陆续发不了几项石墨烯标准，未形成良好的系统性，我国石墨烯标准研制存在立项少、研制力量不足等短板，同时还存在诸多挑战，如缺乏石墨烯晶畴无损快速检测方法、缺陷浓度定量检测方法等。因此，我国石墨烯标准研制还需要更紧密的产学研合作，应加强顶层设计，有计划的开展系统性石墨烯标准工作。中关村材料试验技术联盟秘书处主任 王蓬报告题目：《CSTM标准与评价体系建设》标准是世界“通用语言”，是经济活动和社会发展的技术支撑。近日，《国家标准化发展纲要》发布，提出优化标准供给结构，提升市场自主制定标准的比重；CSTM以此为基础，致力于以标准和质量评价推动材料产业的高质量发展。CSTM标准体系围绕材料属性、应用领域和通用技术三个维度建立矩阵式的组织架构，真正实现“一材多用一用多选”，“一技多用一用多技”；建设以市场为导向的，具有系统性、先进性、适用性、时效性、多元性、包容性和动态性中国材料试验标准体系。CSTM专业质量评价针对材料全产业链、全生命周期、全流程、全域数据流开展专业性评价，以评价认证为导引，发挥质量要素（标准、检验检测、认证认可等）间协调互动作用，助力材料产品质量提升，材料产业高质量发展。北京石墨烯研究院高级工程师 柳絮报告题目：《石墨烯科研实验室管理的理论研究与实践》开展科研实验室认可，规范科研活动过程，可以有效地保障科研成果的真实性和有效性，推进科研诚信制度建设，提升科研实验室的创新能力。目前北京石墨烯研究院依据相应准则，以“国家市场监管技术创新中心（石墨烯计量与标准技术中心）”和“国家新材料石墨烯产业计量测试中心”为基础，围绕石墨烯标准带制定与标准物质研制，石墨烯测量技术与表征方法研究，石墨烯薄膜、纤维和器件技术研究三个主要研究方向，组织开展石墨烯科研实验室认可工作。中国检验检疫科学研究院首席专家 席广成报告题目：《超细金属负载3D多孔石墨烯表面增加拉曼传感》由于其指纹级的高分辨率和快速、易携带等优点，无损、免标记的表面增强拉曼散射（SERS）技术已经成为了最重要的分析技术之一，被广泛应用于污染物检测、未知风险物筛查、生物组织成像、反应过程机制探查、材料结构表征等重要研究领域。对于SERS技术来说，其性能主要由基底材料决定的，目前研究最深入的SERS基底为贵金属金和银，但金使用成本较高，而银易氧化。石墨烯最近被证明是一种高灵敏的SERS基底材料，席广成团队将超细银颗粒与多孔石墨烯结合起来，利用多孔石墨烯的富集功能和银的表面等离子体共振效应，获得了极高灵敏度的SERS基底；并研制了高性能准金属表面增强拉曼散射传感器，建立了在线高通量表面增强拉曼光谱检测方法。北京石墨烯研究院质检中心主任 周新报告题目：《太赫兹技术在石墨烯表征测量领域的研究进展与展望》太赫兹波是指频率在0.1~10THz范围内的电磁波，该频段是宏观经典理论向微观量子理论的过渡。研究发现，石墨烯的能带结构与其独特性质使其与太赫兹领域有着天然的内在联系。来到北京石墨烯研究院质检中心后，分析化学专业出身的周新主任便开始探索太赫兹技术在石墨烯表征测量领域的应用。他表示，太赫兹提供了方便、快捷、无损的石墨烯电学、磁学参数的测量方法，适用于薄膜材料的批量快速测量；且随着太赫兹技术和CVD法制备石黑烯薄膜的研究进展，该检测技术的研究空间将进一步提升；太赫兹还会在石墨烯薄膜器件在线检测中大显身手。同时，太赫兹检测石墨烯的方法标准化工作亟待同行共同研究；未来会有更多商品化的太赫兹检测石墨烯仪器上市。国家石墨烯产品质量检验检测中心（江苏）高级工程师 刘峥报告题目：《石墨烯产品检测方法介绍》刘峥在报告中简单介绍了市场上常见的各类石墨烯原材料及产品，认为石墨烯产品将向着水净化产品、燃料电池、太阳能电池、芯片电子器件、传感器成像设备、生物医药治疗装置、航空航天材料等应用领域发展；系统介绍了石墨烯原材料和相关产品的检测方法，包括基本物性分析、形貌表征、元素分析、电学性能、热学性能、力学性能和光谱分析；最后探讨了当前石墨烯产品检测标准化工作和产品认证中存在的问题。CSTM/FC00/TC04石墨烯技术委员会成立报告介绍后，举行了CSTM/FC00/TC04石墨烯技术委员会成立仪式，任玲玲宣读相应批复文件。该技术委员会由北京石墨烯研究院发起筹建并承担秘书处单位，北京石墨烯研究院质检中心主任周新被选为主任委员。石墨烯NQI技术中心主任对话会随即，举办国家石墨烯NQI技术中心主任对话会。对话会由国家市场监管总局发展研究中心副主任姚雷主持，邀请了国家市场监管技术创新中心（石墨烯计量与标准技术）、国家石墨烯材料产业计量测试中心（北京）、国家石墨烯材料产业计量测试中心（深圳）、国家石墨烯产品质量检验检测中心（江苏）、国家石墨烯产品质量检验检测中心（广东）、国家石墨烯产品质量检验检测中心（山东）和常州第六元素材料科技股份有限公司等7家单位参加，刘忠范院士作为国家市场监管技术创新中心（石墨烯计量与标准技术）主任全程参与了对话。对话会围绕“发挥NQI作用支撑石墨烯产业规范健康发展”主题进行了探讨，重点围绕石墨烯产业发展现状对NQI的需求，以及NQI支撑石墨烯产业发展存在的问题和解决的思路展开了讨论，对话嘉宾就进一步开展技术和业务协同的必要性和重要性产生了共鸣，通过对话，坚定了石墨烯NQI技术发展的信心，并对持续开展合作与交流达成了共识。论坛现场

据悉，由青岛国家高新技术产业开发区和中国石墨烯产业技术创新战略联盟共同举办，青岛国际石墨烯创新中心承办的“2016中国国际石墨烯创新大会”将于9月22日在青岛国际会展中心召开。本次展会将围绕石墨烯新能源、环保、润滑剂等领域集中开展，同时我国石墨烯标准委员会将参与国际石墨烯的标准制定，成为展会一大亮点。　　吸引30多个国家和地区企业　　为期3天的活动中，来自30多个国家和地区的600家公司、2000多位石墨烯行业人士，将通过40多场分会对石墨烯的基础研究、应用技术及产业化推广展开交流和探讨。大会还将同期举办“2016中国国际先进碳材料应用博览会”，吸引了国内外优秀的石墨烯原材料供应商、制备及检测设备供应商及下游应用领头企业前来参展。　　9月22日上午，在青岛国际会展中心5号馆5307会议室，还将举办石墨烯大会青岛专场活动。活动涵盖中国石墨烯产业技术创新战略联盟理事单位授牌、石墨烯创新项目落户签约仪式等，突出展示青岛地区间石墨烯产业发展创新合作成果，推动青岛国际石墨烯创新中心建设成为“技术领先、科研集中、产业集聚、辐射全球”的高水平石墨烯技术研发和产业应用平台。　　石墨烯标准制定成亮点　　在青举办的2015中国国际石墨烯创新大会上，石墨烯发现者、2010年诺奖得主安德烈海姆教授应邀出席做了主题演讲，并受聘为 “青岛市经济顾问”和“青岛高新区石墨烯工程技术研究中心名誉主任”。本届大会上，安德烈海姆教授将继续参会并带来更精彩的主题报告，参会代表将现场聆听顶级学者对石墨烯产业未来发展的独到见解。　　本届大会上，中国石墨烯产业技术创新战略联盟标准化委员会参与国际石墨烯标准制定是一大亮点。大会期间，中外将联合举办国际石墨烯标准化论坛，标志着中国在联合制定国际石墨烯标准方面迈出关键一步。欧盟石墨烯旗舰计划负责人将与中方共同布局全球石墨烯知识产权合作，讨论合作开展知识产权保护、交易等促进企业技术发展的平台建设工作。　　石墨烯：“新材料之王”　　据从事多年石墨烯研究的青岛华高墨烯有限公司总经理钟成介绍，石墨烯其实是一种新型的纳米材料，本来就存在于自然界。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯，但难以剥离出单层结构。 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010 年诺贝尔物理学奖。　　作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”。

日前，由中科院山西煤炭化学研究所（简称山西煤化所）独立提出并完成、历时4年修改完善的燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量国际标准，经中国、加拿大、韩国、德国等多国科学家审核后正式发布。　　该方法完善了石墨烯基材料测试标准体系，显著提高了石墨烯基材料灰分测试效率和分析结果的准确性，得到国内外科学家和产、学、研、检、用单位的高度认可。它是山西煤化所709课题组主持的第二项石墨烯领域国际标准。　　合格石墨烯有了新标准　　“我们提供了石墨烯材料生产全流程的灰分含量质量监控方法，解决了行业上下游的痛点。”山西煤化所709课题组长陈成猛、成员黄显虹介绍了该标准出台的幕后故事。　　近年来，石墨烯材料的应用场景逐渐增多，但杂质过多影响石墨烯产品品质乃至石墨烯复合材料性能，因此必须将材料灰分含量严格限制在一定范围内。石墨烯材料的灰分测量并无经验可借鉴，很多生产、使用石墨烯的企业对于灰分指标“束手无策”。这对全行业来说都是一项空白。　　“经过数年研究，我们认为杂质含量需要控制在0.1%以内。高于这个标准线的石墨烯产品便不合格，会影响下游石墨烯复合材料的制备和应用。”黄显虹表示，“目前，石墨烯行业实际上缺少很多关键性的控制和测试标准，灰分含量只是其中很小一部分，其测试方法标准化也仅仅开了个头。”　　2017年，709课题组向国际电工委员会提出了“石墨烯基材料-灰分含量：燃烧法”国际标准提案，向全世界行业专家征求意见，最终在2021年7月正式立项。该标准提案由黄显虹和陈成猛担任项目组组长。项目组利用4年时间打磨出一套低成本、高效率灰分测量解决方案。2022年11月4日，国际标准IEC/TS 62607-6-22（纳米制造-关键控制特性-第6-22部分：石墨烯基材料-灰分含量：燃烧法）正式发布。　　“我们每年向国际电工委员会纳米电工产品与系统技术委员会成员国科学家汇报两次进展。由于前期工作基础夯实，该标准提案自立项起一年半时间就正式发布，通过速度比大部分国际标准快很多。”黄显虹介绍。　　陈成猛表示，石墨烯领域国际标准的出台，将给各个国家出台自己的标准提供一个重要参照，最终很有可能被采纳为国家标准、行业标准。这对于加快壮大新生的石墨烯产业非常重要。　　实非不愿，而是不会　　从天然石墨到石墨烯材料的过程，就是通过各种手段将石墨薄片的厚度减小为几个石墨烯片层的过程。此时，材料的很多重要性质发生了改变。同时，很多产品受到生产过程中所用化学品的污染。这种“污染”与石墨烯的生产工艺密不可分。　　“无论是企业还是研究机构，无法测量石墨烯中的灰分实非不愿，而是缺少方法指导正确测试。石墨烯基材料存在的低密度、强静电、热膨胀效应让测量难以进行。”黄显虹表示。　　科学家在石墨烯片层之间引入的官能团刻蚀、破坏了片层的表面和边缘，扩大了片层之间的距离，而且这些片层的表面和层中间夹杂了很多阴阳离子杂质。利用热还原法制备石墨烯材料产生热膨胀效应，这是测量氧化石墨和氧化石墨烯灰分的最大难点。再加上石墨烯材料（还原氧化石墨烯）本身存在强静电且堆积密度极低，四处飞溅，严重影响测量准确性。　　科研机构常使用离子体质谱分析仪测试材料中的杂质，但价格昂贵、分析流程长，另外取样代表性不足。因此，709课题组推荐使用更常见且价格更低廉的马弗炉，并开发了一种可靠的检测方法，可以承载更大质量的样本。燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量具备了在全行业推广的条件。　　控制石墨烯“炸裂”　　为了掌控每一步生产过程，石墨烯各类中间品和最终产品都有必要随时监控杂质含量。“剥离”石墨烯片层的过程更像是“炸裂”的过程。　　709课题组基于对石墨烯制备技术的深刻理解和对马弗炉热膨胀现象的观测，针对取样、容器选择、称重方法和升温程序等环节，测试了上百次，提出了一系列解决方案。　　“关键就在一瞬间。我们最终把热膨胀效应变为‘延迟播放’，避开了氧化石墨烯‘炸裂’，使整个过程准确可控。”2019年夏天，黄显虹重复观察、捕捉不同氧含量的氧化石墨材料发生热膨胀效应的瞬间景象，实验总时长达到5000小时。　　“经过4年打磨，我们逐渐完善了一整套检测办法。在国际标准项目立项之前独自探索，在测试方法初具雏形后，我们向10家国内产学研机构发出比对试验邀请，得到了理想的数据。灰分测量的解决方案诞生了。”黄显虹介绍道。　　2020年，课题组完成了含氧官能团定量表征及Boehm滴定方法国际标准制定，2022年完成了燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量的相关国际标准。陈成猛表示，这项国际标准完善了石墨烯基材料测试标准体系，使产学研机构有了测试分析工具，为规范和促进石墨烯行业健康有序发展提供了技术支撑。与此同时，石墨烯领域研究还需要厘清分歧、达成共识，国家标准制定工作任重道远。

石墨烯具备超强导热性与导电性、以及轻质高强、柔性、透明等无比伦比的特性，被誉为“新材料之王”，应用前景十分广阔。自2004 年问世以来，关于石墨烯的研究热度持续不减，新兴研究领域不断被开拓。本文对近期石墨烯领域的部分综述进行盘点汇总，以此总结该领域最新前沿科研成果，以飨读者。（鉴于篇幅的原因不能面面俱到，如有遗漏，欢迎大家留言补充。）宁波材料所在石墨烯复合硅碳负极材料及其高能量密度锂离子电池方面取得进展动力电池、消费类电池等终端产品对高能量密度锂离子电池需求越来越强。目前，产业界主要采取硅碳复合路线来提升硅基负极应用水平，但高比容量的硅碳负极材料嵌/脱锂过程体积膨胀巨大，循环过程中活性材料会发生结构失效导致电接触变差，表面固体电解质膜反复破裂/再生导致电解液快速消耗，锂离子电池可逆容量迅速衰减。针对硅碳负极材料的体积膨胀问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘兆平研究团队从源头出发，创新性地构筑了高机械稳定的自机械抑制石墨烯复合硅碳负极材料。刘兆平团队将氧化亚硅和石墨烯浆料在液相体系混合均匀，其中沥青作为添加剂，通过喷雾干燥、高温热处理和化学气相沉积等一系列工艺，制备类球形的石墨烯/沥青裂解碳封装硅氧化物复合负极材料（SiOx/Graphene/C，简称SGC），SGC复合负极材料可维持石墨烯宏观结构的完整性和机械稳定性。自机械抑制石墨烯复合硅碳负极材料制备研究表明，SGC复合负极材料可抑制SiOx摄锂量，降低体积膨胀，提升循环稳定性。该高性能石墨烯复合硅碳负极材料已成功实现产业化，研制出能量密度达350-400Wh/kg的系列新型高能量密度锂离子电池。俄罗斯借石墨烯涂层开发出新材料：用“微电厂”取代电池技术俄罗斯国立研究型技术大学与俄罗斯科学院微电子技术问题研究所科研人员，通过沉积石墨烯涂层技术开发出一种独特的硅纳米复合材料，这一研发成果将加速直接放置在电子产品印刷电路板上的“微电厂”技术的发展。俄罗斯国立研究型技术大学半导体与电介质材料科学系副教授叶卡捷琳娜戈斯捷娃解释说：“我们提出了独一无二的方法，在硅结构整个深度的孔道内壁上沉积多层石墨烯涂层。目前没有其他方法可以生产用于高效微燃料电池的电极。这种电源不仅可以为设备提供长期备用电源，而且可能会随着时间的推移取代电池。”郑大《ACS Nano》：MXene/石墨烯气凝胶实现超强电磁波吸收！郑州大学申长雨院士和刘春太教授课题组通过定向冷冻法和肼蒸汽还原法制备得到一种新型的含有磁性Ni纳米链锚定的三维MXene/石墨烯复合气凝胶(命名为NiMR-H)。特殊的取向结构和介电/磁性组分的异质界面有利于获得优异的吸波性能，具有良好的阻抗匹配、多重极化和电/磁耦合效应。NiMR-H气凝胶制备示意图及结构形貌表征图中国科大实现二维石墨烯室温铁磁性中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授闫文盛研究组与副研究员孙治湖合作，通过磁性金属原子精确可控掺杂策略，实现二维石墨烯的室温铁磁性。该研究组利用两步浸渍—热解的方法，在氮原子辅助下，将钴原子掺杂在石墨烯晶格中，样品在室温下饱和磁化强度为0.11emu/g，居里温度达到400K。通过同步辐射软、硬X射线谱学技术和多种X射线谱学解析方法，研究人员证实样品中的钴是以平面四边形四氮化钴结构单元原子级分散于石墨烯晶格中的，排除了磁性起源于钴相关第二相的可能，四氮化钴结构单元是室温铁磁性的主要来源。精确可控的钴原子掺杂激活石墨烯室温铁磁性曹原一周连发两篇《Nature》：魔角石墨烯再次突破021年4月1日，来自美国麻省理工学院的曹原(通讯兼第一作者)&Pablo Jarillo-Herrero等研究者，通过进行热力学和输运测量，研究了魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）的对称性破缺多体基态和非平凡拓扑现象。同时，也使魔角石墨烯的理论和实验都更趋近于一个统一的框架，为我们开发新型的量子材料，带来了更多可能。4月7日，曹原再发《Nature》，本文是关于魔角石墨烯中的Pomeranchuk效应的熵证据。当前相关态的杂化特性和能量尺度的大分离对于双层扭曲石墨烯中相关态的热力学和输运性质具有重要意义。山西大学：利用OAT法实现超高垂直石墨烯薄膜生长山西大学激光光谱研究所陈旭远教授团队在三维竖直石墨烯制备及储能应用领域取得突破性进展，研究成果近日发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。该团队开发了一种氧辅助“修正”(OAT)工艺以消除过密的石墨烯片层，阻止片层随时间增长而聚集，克服了生长过程中竖直石墨烯厚度饱和的现象。未聚合的竖直石墨烯陈旭远团队利用这种方法合成了高达80微米的超高竖直石墨烯，并应用于超级电容器中，获得了241.35mF cm–2的面积比电容，展现出了优越的电化学性能及储能能力。值得注意的是，80微米的高度并非该合成技术所能达到的最大值，通过氧辅助“修正”工艺可以获得任意高度的竖直石墨烯。这项工作对于高负载竖直石墨烯的合成具有重要的指导意义。与IC兼容的制造工艺和出色的储能能力使得OAT竖直石墨烯在集成芯片、器件领域中具有非常大的应用潜力。 《ACS Macro Letter》3D打印明胶氧化石墨烯墨水实现自发成肌分化釜山国立大学Dong-Wook Han与韩国亚洲大学Ki Dong Park教授团队在高分子领域顶刊《ACS Macro Letters》上发表了其最新研究成果，由富含酚的明胶（GHPA）和氧化石墨烯（GO）组成的3D可打印生物墨水，是诱导肌发生的材料的组成部分，可通过双重酶介导的交联反应原位形成水凝胶网络。原位可固化的GO/GHPA水凝胶可以成功地用作3D可打印的生物墨水，以提供合适的细胞微环境，并促进C2C12骨骼肌成肌细胞的成肌分化。总体而言，研究团队建议功能性生物墨水可能在肌肉组织工程和再生医学中有用。GO/GHPA水凝胶基质的3D生物打印和理化特性“石墨烯检测技术及应用进展”主题网络研讨会随着业界对石墨烯的高度关注，我国石墨烯研发和产业化得到了快速发展，但其产业化仍然面临诸多挑战和问题。石墨烯的“杀手锏”级应用仍在探索中，石墨烯标准、检测体系不完善，产品鱼龙混杂，市场亟需标准化。基于此，仪器信息网联合国家石墨烯产品质量监督检验中心、全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组，将于2021年5月11日举办 “石墨烯检测技术及应用进展”主题网络会议。邀请业内专家以及厂商技术人员就石墨烯最新应用研究进展、检测技术、检测方法、质量评价体系及标准化等展开探讨，推动我国石墨烯产业健康发展。会议日程报告主题报告人单位绝缘衬底表面石墨烯晶圆生长研究进展王浩敏中国科学院上海微系统与信息技术研究所待定刘峥国家石墨烯产品质量监督检验中心待定谭平恒中国科学院半导体研究所石墨烯导热增强复合材料与热界面材料林正得中国科学院宁波材料技术与工程研究所二维半导体及异质结的生长与光电性能调控肖少庆江南大学石墨烯等低维纳米材料的标准化动态和展望丁荣全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组更多报告邀请中……报名方式扫描下方二维码或点击以下链接即可进入报名页面。（会议链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/Graphene2021/） 报名参会加入会议交流群，随时掌握会议动态

12月6日，中国最早从事石墨烯技术研发的企业北京碳世纪科技有限公司召开技术发布会，发布全球首个石墨烯高端产业应用——“石墨烯表面波探测技术”。这一技术的问世将掀起全球探测技术革命。　　石墨烯是一种碳原子以sp² 杂化轨道组成的六角形呈蜂窝巢晶格状，只有一个碳原子厚度的二维材料，被称作是“新材料之王”。　　石墨烯表面波探测技术是指石墨烯表面形成的波在探测技术方面的应用。这一技术的优势在于具有超高的灵敏度和超快的响应速度，无论是科学还是技术领域均在世界上处于领先水平，将发挥出巨大商业与社会价值，引领全球探测技术革命。　　该技术可以替代基于传统SPR技术的探测系统，远高于SPR的响应速度和灵敏度，为科学研究提供更加准确、快捷的数据信息，能够极大地提高探测技术在科技、医疗、安防等行业中的应用效果，甚至帮助特殊人群完成“不可能完成的任务”。碳世纪CTO徐亭博士做石墨烯表面波探测技术演示　　石墨烯表面波探测技术的具体应用包含气态应用、液态应用和固态应用。　　在气态应用方面，可提供超快、高灵湿度探测与气体特异性检测。可应用到非接触、无声人机交互系统 非接触、无声安防系统 聋哑人“说话”系统 重症监护系统(呼吸监测) 毒气、易爆气体监测 即时、无痛疾病诊断 工业用气体监测系统等。 例如聋哑人“说话”系统，这一技术可以探测到聋哑人口腔湿度细微的变化，将湿度频率数据转换成语言信息，借助音响设备发声，帮助聋哑人用常人的声音表达自己。在非接触、无声安防系统的应用上，可以针对每一个人不同的气场信息订制安防方案，提高人身、财产安全保障。　　在液态应用方面，可提供超快、高灵敏分子探测和单细胞检测，应用到蛋白质工程、制药工程、癌症预防、血液检测、疫苗研发、抗癌药物筛选、抗癌药物机理研究等。运用这一技术，可以即时探测到癌症细胞的一举一动，为医生提供准确、快捷的病理信息，提高对患者用药量的准确度，达到更有效的治疗效果。　　在固态应用方面，可提供超快的二维材料厚度测量和二维材料品质鉴定，应用到石墨烯测量与鉴定、其他二维材料测量与鉴定和单分子层、膜材料测量与鉴定。碳世纪董事长闫立群与碳世纪科学家本色出演话剧《烯芯有声》，以话剧形式分享石墨烯表面波探测技术　　发布会上，业界人士对石墨烯表面波探测技术给予了很高的评价。“这在石墨烯领域是非常高端的技术，同时给探测技术带来的是颠覆性的变革，”一参会嘉宾表示。　　碳世纪董事长闫立群表示，科学指发现与突破，技术是要转为生产力，改变人们的生活。碳世纪始终坚持并践行的一份梦想就是运用石墨烯把科学发现转化为生产力，真正的实现“科学与技术让人们的生活更美好”。碳世纪董事长闫立群在发布会上讲解公司石墨烯技术与应用　　碳世纪作为一家专精于石墨烯工业化生产和石墨烯下游应用技术及产品研发与产业实践的高新技术企业，具备极强的创新性与创新精神。目前已建成全球首条石墨烯(单层碳原子)吨级生产线，成功研制了石墨烯光致电推动技术、石墨烯发动机油节能改进剂、超级电容器用石墨烯改性活性炭、石墨烯改性塑料、石墨烯空气净化系列产品和技术等。

近日，中科院等离子体所低温等离子体应用研究室研究员王祥科和中科院化学所研究员胡文平合作，成功制备出分散性均匀的功能化石墨烯材料，并对该材料进行磺酸化处理，实现了对持久性有机污染物的有效去除。相关研究论文日前在材料领域的顶级期刊《先进材料》发表。 　　石墨烯材料具有独特的物理化学性质，近年来引起国际上的广泛关注。石墨烯与有机污染物之间可以产生非常强的络合反应，从而对有机污染物有很强的吸附能力。但在溶液中，石墨烯易于团聚，从而会降低自身的吸附能力。 　　王祥科、胡文平等通过大量的实验研究表明，在石墨烯表面进行磺酸基功能化处理，不但可以提高石墨烯的分散性，而且可以提高石墨烯的吸附能力。研究结果显示，这种功能化石墨烯对萘和萘酚的吸附能力达到了每克2.4毫摩尔，是目前吸附能力最高的材料。目前，该种材料的制备成本较高，但随着技术的发展，将有望实现低成本、规模化制备，因此在未来的环境污染治理中有非常重要的应用前景。 　　王祥科介绍说，研究发现，对石墨烯进行氧化处理，在其表面修饰含氧功能基团后，氧化石墨烯对金属离子也具有很好的吸附效果。此外，课题组在等离子体技术制备石墨烯纳米材料研究中，利用等离子体技术可以直接在石墨表面剥离制备石墨烯，不需要化学试剂，简化了制备过程，并且该过程是环境友好的。 　　据介绍，常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。

石墨烯和石墨表面的共价修饰纳米图案研究人员在本文中展示了一种共价修饰的方法，并由此在石墨烯以及高定向热解石墨（HOPG）的表面成功地控制了纳米图案的形成过程。他们在对制得的样品进行了纳米级的表征后发现可以通过改变电化学反应的条件来调控所得纳米图案的尺寸。这种可以在表面构建纳米图案结构的方法使得目前电子产品微型化这一趋势可以进一步发展，同时也有益于其它各种各样纳米技术的应用。虽然目前已经存在一系列的自下而上的技术（也就是从单个分子的基础上搭建特定结构 ）并被应用于在石墨烯以及HOPG基底上形成纳米图案结构。但是这些结构通常由非共价键形成，因此其稳定性受到很大的局限。 由来自比利时、越南和英国的科研人员组成的团队报道了一种通过共价修饰来控制纳米图案形成的方法。石墨的表面暴露在电解液中，而电解液包含了芳基重氮盐 NBD（4-nitrobenzenediazonium）以及TBD（3,5-bis-tert-butylbenzenediazonium）。然后在电化学池中通过循环伏安法以及计时电流法进行接枝反应。 研究人员通过原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）对样品进行了表征并在修饰后的石墨烯或HOPG表面发现了近乎圆形的斑点。这种结构被称为”nanocorrals”，研究人员认为其是由实验过程中在近表面形成的气泡引起的。AFM图像表明这种nanocorral的直径（约为45-130 nm）以及密度（20−125/μm2）可以通过分别改变电化学活化条件以及电解质比例的方法来进行人为调控。 这一实验方法可以十分便捷的制备出可调控的图形结构，可以在纳米约束反应中用作微小的“培养皿”。这种方法还可以促进超分子自组装领域以及其它表面反应的研究。Instrument usedCypher ES Techniques used研究人员通过循环伏安法制得样品后，借助了牛津仪器快速扫描AFM Cypher ES，以轻敲模式(tapping mode)对样品的表面形貌进行了纳米级的表征。Cypher ES具备着对样品环境进行精确控制的能力，在本实验中研究人员由此保持了样品处于32°C的恒温下。除了精确的多元环境控制功能，Cypher ES还具备着快速扫描、简单易用以及优于传统AFM的空间分辨率等优点。 Citation: Thanh Phan, Hans Van Gorp, Zhi Li et al., Graphite and graphene fairy circles: a bottom-up approach for the formation of nanocorrals. ACS Nano 13, 5559 (2019). https://doi.org/10.1021/acsnano.9b00439 Note: The data shown here are reused under fair use from the original article, which can be accessed through the article link above.

近日，2020年度石墨烯十大新闻出炉，其中2项技术与太赫兹技术有关：石墨烯放大器电路可释放“太赫兹间隙”图 拉夫堡大学研究人员创造了一种独特的基于石墨烯的装置，该设备可以释放太赫兹波长，并使革命性的新技术成为可能。（图片来源：拉夫堡大学）麻省理工学院研究人员使用石墨烯和氮化硼将太赫兹波转换为可用能量麻省理工学院的研究人员开发了一种基于石墨烯的器件，可能能够将周围的太赫兹波转换为直流电。（图片来源：麻省理工学院）

瑞士洛桑联邦理工学院基础科学学院研究人员建造了第一个大型可配置的超导电路光学机械晶格，可克服量子光学机械系统的尺度挑战。该团队实现了光机械应变石墨烯晶格，并使用新的测量技术研究了非平凡的拓扑边缘状态。这项研究发表在最近的《自然》杂志上。对微机械振荡器的精确控制是许多当代技术的基础，从传感和定时到智能手机的射频过滤器。腔光力学使科学家能够利用电磁辐射压力来控制介观力学对象。这大大提高了人们对其量子性质的理解，使包括基态冷却、量子压缩和机械振子远程纠缠在内的许多进展成为可能。前沿理论研究曾预测，研究光学机械晶格有望带来大量物理学和动力学方面的创新性发现，比如量子集体动力学和拓扑现象。但要在高度可控的条件下造出这种实验性设备，构建可承载多耦合光学和机械自由度的光学机械晶格一直是个挑战。此次，研究人员开发了一种用于超导电路光学机械系统的新型纳米制造技术，该技术具有高再现性和对单个设备参数的极其严格的公差，使他们能将不同的位置设计成几乎完全相同，就像在自然晶格中一样。作为晶格单一位置的一部分，关键元件是所谓的“真空间隙鼓面电容器”，它由悬挂在硅衬底沟槽上的一层薄铝膜制成。这构成了器件的振动部分，同时形成了一个带有螺旋电感的谐振微波电路。石墨烯晶格具有非平凡的拓扑特性和局部边缘状态。研究人员在他们所谓的“光机械石墨烯薄片”中观察到了这种状态，该薄片由24个位点组成。该团队的测量结果与理论预测非常吻合，表明他们的新设备是研究一维和二维晶格拓扑物理的可靠实验平台。光机械晶格的演示不仅提供了在真实的凝聚态晶格模型中研究多体物理的途径，而且当与超导量子比特相结合时，还有望带来一种新型混合量子系统。

摘要：石墨烯具有目前已知材料中最高的热导率，在电子器件、信息技术、国防军工等领域具有良好的应用前景。石墨烯导热的理论和实验研究具有重要意义，在最近十年间取得了长足的发展。本文综述了石墨烯本征热导率的研究进展及应用现状。首先介绍应用于石墨烯热导率测量的微纳尺度传热技术，包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。然后展示了石墨烯热导率的理论研究成果，并总结了石墨烯本征热导率的影响因素。随后介绍石墨烯在导热材料中的应用，包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯在热界面材料中的应用。最后对石墨烯导热研究的成果进行总结，提出目前石墨烯热传导研究中存在的机遇与挑战，并展望未来可能的发展方向。关键词：石墨烯；热导率；声子；热界面材料；悬空热桥法；尺寸效应1 引言石墨烯是具有单原子层厚度的二维材料，因为其独特的电学、光学、力学、热学性能而备受关注。相对于电学性质的研究，石墨烯的热学性质研究起步较晚。2008年，Balandin课题组用拉曼光谱法第一次测量了单层石墨烯的热导率，观察发现石墨烯热导率最高可达5300 W∙m−1∙K−1，高于石墨块体和金刚石，是已知材料中热导率的最高值，吸引了研究者的广泛关注。随着理论研究的深入和测量技术的进步，研究发现单层石墨烯具有高于石墨块体的热导率与其特殊的声子散射机制有关，成为验证和发展声子导热理论的重要研究对象。对石墨烯热导率的研究很快对石墨烯在导热领域的应用有所启发。随着石墨烯大规模制备技术的发展，基于氧化石墨烯方法制备的高导热石墨烯膜热导率可达~2000 W∙m−1∙K−1。高导热石墨烯膜的热导率与工业应用的高质量石墨化聚酰亚胺膜相当，且具有更低成本和更好的厚度可控性。另一方面，石墨烯作为二维导热填料，易于在高分子基体中构建三维导热网络，在热界面材料中具有良好应用前景。通过提高石墨烯在高分子基体中的分散性、构建三维石墨烯导热网络等方法，石墨烯填充的热界面复合材料热导率比聚合物产生数倍提高，并且填料比低于传统导热填料。石墨烯无论作为自支撑导热膜，还是作为热界面材料的导热填料，都将在下一代电子元件散热应用中发挥重要价值。本文综述了石墨烯热导率的测量方法、石墨烯热导率的研究结果以及石墨烯导热的应用。首先介绍石墨烯的三种测量方法：拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。然后介绍石墨烯热导率的测量结果，包括其热导率的尺寸依赖、厚度依赖以及通过缺陷、晶粒大小等热导率调控方法。随后介绍石墨烯导热的应用，主要包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯导热填料在热界面材料中的应用。最后对石墨烯导热研究的发展进行展望。2 石墨烯热导率的测量方法由于石墨烯的厚度为纳米尺度，商用的测量设备(激光闪光法、平板热源法等)无法准确测量其热导率，需要采用微纳尺度热测量方法。常见的微纳尺度传热测量技术包括拉曼光谱法、悬空热桥法、3𝜔法、时域热反射法等几种。下面将重点介绍适用于石墨烯的热导率测量方法。2.1 拉曼光谱法单层石墨烯热导率是研究者最感兴趣的话题。2008年，Balandin课题组最早用拉曼光谱法测量了单层石墨烯的热导率。单层石墨烯由高定向热解石墨(HOPG)经过机械剥离法得到，悬空于刻有沟槽的SiNx/SiO2基底上，悬空长度为3 μm。测量时，选用拉曼光谱仪中波长为488 nm的激光同时作为热源和探测器，光斑大小为0.5–1 μm。激光对石墨烯产生加热作用导致石墨烯温度升高，而石墨烯拉曼光谱的G峰和2D峰随温度产生线性偏移，从而可以得到石墨烯的升温。利用热量在平面内径向扩散的傅里叶传热方程，可以得到石墨烯的平面方向内热导率。通过这一方法，测得石墨烯热导率测量结果为（5300 ± 480） W∙m−1∙K−1，是已知材料中热导率的最高值。拉曼光谱法第一次实现了单层石墨烯热导率的测量，但是其测量过程中存在较大的误差，导致不同测量结果存在差异：材料热导率由傅里叶传热方程计算得到，其中材料的吸收热量Q和升温ΔT两个参数都难以准确测量。首先，测量过程中采用了石墨块体的光吸收6%作为吸热计算的依据，与单层石墨烯在550 nm的光吸收率2.3%存在较大差异，导致测量结果可能被高估一倍左右。其次，升温ΔT通过石墨烯拉曼光谱G峰和2D峰的红移或反斯托克斯/斯托克斯峰强比计算得到，两者随温度变化率较小，需要较高的升温(ΔT ~ 50 K)，导致难以准确测量特定温度下的热导率。基于拉曼光谱法，研究者不断改进测量技术，降低实验误差。在早期测量中由于石墨烯下方的SiNx基底热导率较低，约为5 W∙m−1∙K−1，在传热模型中将SiNx视为热沉存在一定误差。后来，Cai等通过在带孔的SiNx/SiO2薄膜表面蒸镀Au的方式，提高了石墨烯的接触热导，满足了热沉的边界条件，同时用功率计实时测量了石墨烯的吸收功率。同时，由于石墨烯覆盖在SiNx/SiO2薄膜上有孔和无孔的区域，可以分别测量悬空石墨烯和支撑石墨烯的热导率。张兴课题组使用双波长闪光拉曼方法，引入两束脉冲激光，周期性地加热样品并改变加热光与探测光的时间差，这样做可以将加热光和探测光的拉曼信号分开，为准确测量样品温度提供了新思路。在后续的研究中，拉曼光谱法也被应用于h-BN、MoS2、WS2等二维材料热导率的测量。2.2 悬空热桥法悬空热桥法是利用微纳加工方法制备微器件并测量纳米材料一维热输运的常用方法，多用于纳米线、纳米带、纳米管热导率的测量。微器件由两个SiNx薄膜组成，每个SiNx薄膜连接在6个SiNx悬臂上，并且沉积有Pt电极用作温度计，两个薄膜分别作为加热器(Heater)和传感器(Sensor)，样品悬空加载薄膜上，电极通电后加热样品，通过电极电阻的变化测量样品的升温，从而计算热导率。Seol等最早将这一方法应用在石墨烯热导率的测量中，石墨烯被制备成宽度为1.5–3.2 μm，长度为9.5–12.5 μm的条带，覆盖在厚度为300 nm的SiO2悬臂上，两端连接在四个Au/Cr电极上作为温度计，测量得到SiO2衬底上的单层石墨烯热导率为600W∙m−1∙K−1。SiO2衬底上石墨烯热导率低于悬空石墨烯热导率及石墨热导率，是因为ZA声子和衬底间存在较强的声子散射。悬空热桥法的挑战在于如何将石墨烯悬空于微器件上，避免转移过程中出现石墨烯脱落、破碎的问题 。Li 课题组通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)保护转移法首先实现了少层石墨烯热导率的测量：首先将机械剥离法得到的少层石墨烯转移到SiO2/Si衬底上，然后旋涂PMMA作为保护层，用KOH溶液刻蚀SiO2并将PMMA/石墨烯转移至悬空热桥微器件上，再利用PMMA作为电子束光刻的掩膜版，通过O2等离子体将石墨烯刻蚀成指定大小的矩形进行测量。Shi课题组利用异丙醇提高了石墨烯的转移效率，测量了悬空双层石墨烯的热导率。Xu等进一步改良了实验工艺，通过“先转移，后制备悬空器件”的方法实现了单层石墨烯热导率的测量：首先将化学气相沉积(CVD)生长的单层石墨烯转移到SiNx衬底上，再利用电子束光刻和O2等离子体将石墨烯刻蚀成长度和宽度已知的条带，然后沉积Cr/Au在石墨烯两端作为电极，最后用KOH溶液刻蚀使其悬空。这一方法的优势在于避免了PMMA造成污染，但是对操作和工艺都提出了很高的要求。悬空热桥法也被应用于h-BN、MoS2、黑磷等二维材料热导率的测量。基于悬空热桥法，李保文课题组进一步发展了电子束自加热法，利用电子束照射样品产生加热，消除通电加热体系中界面热阻造成的误差。2.3 时域热反射法时域热反射法(Time-domain thermoreflectance，TDTR)是一种以飞秒激光为基础的泵浦-探测(pump-probe)技术，由Cahill课题组于2004年基于瞬态热反射方法提出，常用来测量材料的热导率和界面热导。在时域热反射法测量中，一束脉冲飞秒激光被偏振分束镜分为泵浦光和探测光，泵浦光对待测材料进行加热，探测光测量材料表面温度的变化。泵浦光和探测光之间的光程差通过位移台精确控制，并在每一个不同光程差的位置进行采样，得到材料表面温度随时间变化的曲线，这一曲线与材料的热性质有关。通过Feldman多层传热模型进行拟合，得到材料的热导率。实际测量中 通 常 在 材 料 表 面 沉 积 一 层 金 属 作 为 传 热 层(transducer)，利用金属反射率(R)随温度(T)的变化关系(dR/dT)，通过探测金属反射率的变化检测材料表面温度变化。时域热反射方法的优点在于能够同时测量材料沿c轴和平面方向的热导率，并且能够得到不同平均自由程声子对于热导率的贡献。Zhang等利用这一方法同时测量了石墨烯沿ab平面和c轴方向的热导率，发现石墨烯沿c轴方向的声子平均自由程在常温下可达100–200 nm，远高于分子动力学预测的结果。测量不同厚度的石墨烯(d = 24–410nm)表现出c轴方向热导率随厚度增加而增加的现象，常温下的热导率为0.5–6 W∙m−1∙K−1，并且随着厚度增加而趋近于石墨块体的c轴热导率(8 W∙m−1∙K−1) 。这一现象反映出，在常温下石墨烯c轴方向热导率是由声子-声子散射主导，为探讨石墨烯的传热机理提供了实验支撑。时域热反射方法的局限在于难以测量厚度较小的样品，这是因为当热流在穿透样品后到达基底，需要将基底与样品之间的界面热阻、基底的热导率作为未知数在传热模型中进行拟合，造成误差较大。对于块体石墨，时域热反射方法测量平面方向热导率为1900 ± 100 W∙m−1∙K−1，与Klemens的预测结果一致。对于厚度为194 nm的薄层石墨，测量热导率为1930 ± 1400 W∙m−1∙K−1，误差明显增大。Feser等通过调控光斑尺寸改变传热模型对石墨平面方向传热的敏感度，利用beam offset方法测量了HOPG热导率。Rodin等将频域热反射(FDTR)与beamoffset的方法结合起来，同时准确测量了HOPG的纵向和横向热导率。Chen课题组发展了无传热层(transducer less)的二维材料热导率测量方法，这种方法既可以采取FDTR频域扫描的测量方式，也可以与beam-offset方法结合，提高对平面方向热导率测量的准确度。这些测量方法为薄层材料热导率测量提供了可能的技术路径，即通过对待测样品的物理结构设计(transducerless)和传热模型设计(调控光斑尺寸与测量频率)，选择性地增加对平面方向热导率的敏感度，使得即便在样品很薄、热流穿透的情况下，多引入的未知数在传热模型内具有较小的敏感度，从而实现少层/单层石墨烯平面方向热导率的测量。时域热反射法也被应用于黑磷、MoS2、WSe2等二维材料热导率的测量。基于时域热反射方法发展出频域热反射(FDTR)、two-tint、时间分辨磁光克尔效应(TR-MOKE)等测量方法以提高测量准确度。以上主要总结了石墨烯热导率的常用微纳尺度测量技术，包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法，不同方法的主要测量结果汇总于表1。表 1 石墨烯热导率测量主要研究结果值得注意的是，部分悬空热桥法测量的热导率显著偏低，是由于PMMA污染抑制了石墨烯声子散射。当样品厚度在微米尺度时，可通过激光闪光法进行测量，这种方法常用于块体石墨和湿化学方法制备的石墨烯薄膜，对于经过热处理还原和石墨化的石墨烯薄膜，激光闪光法测量热导率在1100–1940 W∙m−1∙K−1，热导率的差别主要来自石墨烯薄膜的制备工艺。受限于篇幅，我们将四种测量方法的示意图及主要原理汇总于图1，关于微纳尺度热测量的详细总结可参考相应综述文章。图 1 常见热测量方法示意图3 石墨烯热导率的研究进展石墨烯的热传导主要由声子贡献。和金刚石类似，石墨烯在平面方向由强化学键C―C键构成，并且由于碳原子较轻，具有极高的声速，从而在平面方向具有和金刚石相当的热导率(~2000W∙m−1∙K−1) 。关于石墨烯热传导的主要声子贡献来源，学界的认知随着研究的更新而发生变化。最早，人们预期石墨烯传热主要由纵向声学支(LA)和横向声学支(TA)贡献，这两支声子的振动平面都是沿石墨的ab平面方向。这样的预期是合理的，因为另一支横向声学支(ZA)声子的振动平面垂直于ab平面，而石墨烯作为单原子层材料，垂直平面的振动困难。而且ZA声子的色散关系是~ω2，在q →0时声速迅速减小为0，因而对石墨烯热导率几乎不产生贡献。后来，Lindsay等7通过对玻尔兹曼方程进行数值求解发现，由于单层石墨烯的二维材料特性，三声子散射中与ZA声子关联的过程受到抑制，这一规则被称为“选择定则(Selection rule)”。基于这一原因，ZA声子散射的相空间减小了60%；同时，考虑到ZA声子的数量较多，ZA声子实际成为了单层石墨烯中热导贡献最大的一支，占比约为70%。随着计算方法的进步，研究者对石墨烯中声子传导的理解逐步加深。Ruan课题组在考虑四声子散射的条件下计算了单层石墨烯的热导率，由于ZA声子数量多，导致由ZA声子参与的四声子散射过程多，通过求解玻尔兹曼输运方程(BTE)发现，ZA声子对于单层石墨烯热导率的贡献实际约为30%。Cao等通过分子动力学计算发现，考虑高阶声子散射时ZA声子对石墨烯热导率的贡献将降低。另外，第一性原理计算表明石墨烯中存在水动力学热输运和第二声现象，以及实验测量和分子动力学计算中发现石墨烯存在的热整流现象，都使得石墨烯的声子输运研究不断更新。下面针对理想的单层石墨烯单晶材料讨论其热导率的依赖关系。3.1 石墨烯热导率的厚度依赖石墨烯作为单原子层材料，表现出不同于石墨块体的声子学特征。很自然地产生一个问题，随着石墨烯的原子层数增加，石墨烯会以何种形式、在何种厚度表现出接近石墨块体的热学性质。前文Lindsay等的工作从计算角度给出了解释，在多层石墨烯和石墨中，三声子散射与原子间力常数的关系不同于单层石墨烯，导致选择定则不再适用，ZA声子的散射变大，热导率下降。这一趋势可以从图2a中明显观察到，当石墨烯的厚度从单原子变为双原子层时，ZA声子贡献的热导率大幅下降，石墨烯整体热导率降低。随着原子层数目增加，热导率持续下降。对于原子层数在5层及以上的石墨烯，其热导率已十分接近石墨块体。这一趋势也与Ghosh等对悬空石墨烯热导率的测量结果一致，在原子层数超过4层之后，石墨烯热导率接近块体石墨(图2c)。而对于放置在基底上的支撑石墨烯和上下均有基底的夹层石墨烯(Encased)，热导率随层数变化没有明显规律，这主要是因为ZA声子与基底相互作用，对热导率的贡献低于悬空石墨烯，而ZA声子与基底相互作用的强度随原子层数增加而变化，导致热导率随层数变化表现出不同规律(不变或增大) 。研究石墨烯本征热导率仍需对少层及单层石墨烯热导率进行测量，对样品制备和实验测量都具有很大挑战。图 2 石墨烯热导率的尺寸效应3.2 石墨烯热导率的横向尺寸依赖由傅里叶传热定律，材料热导率，其中Cv为材料体积比热容，v为声子群速度，l为声子平均自由程。对于给定的温度，热容与声速均为定值，因而材料热导率主要由声子平均自由程决定。通常情况下，块体材料在三个维度上的尺寸都远大于声子平均自由程，声子为扩散输运，声子平均自由程主要由声子-声子散射确定，是材料固有的性质，表现出热导率与横向尺寸无关。但是对于石墨烯而言，由于制备待测样品的长度在微米级，与平面内声子平均自由程相当，存在弹道输运现象，表现出石墨烯的热导率与横向尺寸存在依赖关系。石墨烯平面方向声子平均自由程可通过计算得到。Nika等通过第一性原理计算分别对LA和TA声子求得Gruneisen参数，得到石墨烯平面方向声子平均自由程在10 μm左右，即石墨烯尺寸小于10 μm时会表现出明显的热导率随尺寸增加而增加现象(图2b)。后续计算表明，在考虑三声子过程和声子-边界散射角度的情况下，石墨烯热导率在横向尺寸L小于30 μm时遵循log(L)增加的规律，在横向尺寸为30 μm左右时达到最大值，并随横向尺寸增加而下降。检验计算结果需要对不同尺寸的单层石墨烯进行热导率测量，这对实验操作的精细度提出了极高要求。Xu等利用悬空热桥法测量了不同长度(300–9 μm)的单层石墨烯热导率，观察到其热导率随长度增加而单调增加。测量结果与分子动力学预测的热导率随长度以log(L)趋势增加的结果相符，证明了石墨烯作为二维材料的热性质(图2d)。但是作者也没有排除另外两种可能：(1)低频声子随尺寸增加而被激发，对传热贡献较大；(2)石墨烯尺寸增加改变三声子散射的相空间，影响选择定则7。由于石墨烯作为二维材料的特性，以及声子平均自由程较大、热导率较高，仍然需要进一步的理论和实验探究以深入挖掘石墨烯热导率随横向尺寸变化的物理原因。在实际应用的单晶及多晶石墨烯材料中，热导率的影响因素还包括晶粒尺寸、缺陷、同位素、化学修饰等，相关研究及综述已有报道。4 石墨烯导热的应用上一节中介绍了石墨烯具有本征的高热导率，从理论计算和实验测量中均得到了验证。上述实验测量中，研究者往往采用机械剥离法和CVD法制备石墨烯，这两种方法制备的样品具有质量高、可控性强的特点，适用于研究石墨烯的本征性质。但是，由于机械剥离法和CVD法制备石墨烯具有产量低、制备周期长、难以规模化等特点，不适用于石墨烯的宏量制备。相对应地，通过还原氧化石墨烯、电化学剥离等湿化学方法可以大批量制备石墨烯片，石墨烯片通过片层间的化学键作用可形成石墨烯膜、石墨烯纤维、石墨烯宏观体等三维结构，从而可实际应用于导热场景。4.1 高导热石墨烯膜的应用石墨烯薄膜可用作电子元件中的散热器，散热器通常贴合在易发热的电子元件表面，将热源产生的热量均匀分散。散热器通常由高热导率的材料制成，常见散热器有铜片、铝片、石墨片等。其中热导率最高、散热效果最好的是由聚酰亚胺薄膜经石墨化工艺得到的人工石墨导热膜，平面方向热导率可达700~1950 W∙m−1∙K−1， 厚度为10~100 μm，具有良好的导热效果，在过去很长一段时间内都是导热膜的最理想选择。在此背景之下，研究高导热石墨烯膜有两个重要意义，其一，是由于人工石墨膜成本较高，且高质量聚酰亚胺薄膜制备困难，业界希望高导热石墨烯膜能够作为替代方案。其二，是由于电子产品散热需求不断增加，新的散热方案不仅要求导热膜具有较高的热导率，也要求导热膜具有一定厚度，以提高平面方向的导热通量。在人工石墨膜中，由于聚酰亚胺分子取向度的原因，石墨化聚酰亚胺导热膜只有在厚度较小时才具有较高的热导率。而石墨烯导热膜则易于做成厚度较大的导热膜(~100 μm)，在新型电子器件热管理系统中具有良好的应用前景。因此，石墨烯导热膜的研究也主要沿着两个方向，其一，是提高石墨烯导热膜的面内方向热导率，以接近或超过人工石墨膜的水平。其二，是提高石墨烯导热膜的厚度，扩大导热通量，同时保持良好的热传导性能。以下将从这两方面分别讨论。4.1.1 提高石墨烯膜热导率的关键技术高导热石墨烯薄膜的常见制备方法是还原氧化石墨烯。首先通过Hummers法得到氧化石墨烯(GO，graphene oxide)分散液，然后通过自然干燥、真空抽滤、电喷雾等方法得到自支撑的氧化石墨烯薄膜，并通过化学还原、热处理等方法得到还原氧化石墨烯(rGO)薄膜，最后通过高温石墨化提高结晶度，得到高导热石墨烯薄膜。影响高导热石墨烯膜热导率最重要的因素是组装成膜的石墨烯片的热导率，主要由氧化石墨烯的还原工艺决定。由于氧化石墨烯分散液的制备通常在强酸条件下进行，破坏石墨烯的平面结构，同时引入了环氧官能团，造成声子散射增加。氧化石墨烯的还原工艺对还原产物的结构、性能影响较大，因而需要选择合适的还原工艺制备石墨烯导热膜。氧化石墨烯膜在1000 ℃热处理后可以除去环氧、羟基、羰基等环氧官能团，但是石墨烯晶格缺陷的修复仍需更高温度。Shen等通过自然蒸干的方式制备了氧化石墨烯薄膜，并通过2000 ℃热处理的方式对氧化石墨烯薄膜进行石墨化，C/O原子比由石墨烯薄膜的2.9提高到石墨化后的73.1，X射线衍射(XRD)图谱上石墨烯薄膜11.1°峰完全消失，26.5°的峰宽缩窄，对应石墨(002)方向上原子层间距为0.33 nm，测量热导率为1100 W∙m−1∙K−1，热导率优于由膨胀石墨制备的石墨导热片。Xin等用电喷雾方法制备大尺寸氧化石墨烯薄膜并在2200 ℃下高温还原，得到热导率为1283 W∙m−1∙K−1的石墨烯导热膜，通过SEM截面图观察发现具有紧密的片层排列结构，且具有较好的柔性。通过拉曼光谱、XPS和XRD表征可以看出，2200 ℃为氧化石墨烯还原的最适宜温度，当还原温度更高时，石墨烯的电导率和热导率提升不再显著(图3)。4.1.2 提高石墨烯膜厚度的关键技术制备较厚的石墨烯导热膜也是研究者关心的课题。理论上讲，增加石墨烯膜的厚度只需刮涂较厚的氧化石墨烯薄膜即可。但实际操作中存在如下问题：(1)刮涂厚膜的成膜质量不高。由于氧化石墨烯分散液的浓度较低(低于10% (w))，除氧化石墨烯外其余部分均为水，需要长时间蒸发。氧化石墨烯片层与水分子以氢键相互作用，蒸发时水分子逸出，使得氧化石墨烯片层之间通过氢键形成交联，在表面形成一层“奶皮”状的薄膜。这层薄膜使氧化石墨烯分散液内部的水分蒸发减慢，且导致氧化石墨烯片层取向不一致，降低成膜质量。(2)难以通过一步法得到厚膜。由于氧化石墨烯分散液浓度较低，无论刮涂、旋涂还是喷雾等方法都无法一次制备厚度为~100 μm的氧化石墨烯薄膜。Luo等研究发现，氧化石墨烯薄膜在蒸干成形后仍然可以在去离子水浸润的情况下相互粘接，出现这种现象是因为氧化石墨烯片层在水的作用下通过氢键彼此连接，使得氧化石墨烯薄膜可以像纸一样进行粘贴起来。Zhang等利用类似的方法将制备好的氧化石墨烯薄膜在水中溶胀并逐层粘贴，经过干燥、热压、石墨化、冷压之后，得到厚度为200 μm的超厚石墨烯薄膜，热导率为1224 W∙m−1∙K−1，通过红外摄像机实测散热效果优于铜、铝及薄层石墨烯导热膜(图4)。目前制备百微米厚度高导热石墨烯薄膜的研究相对较少，除了溶胀粘接的方法之外，还可以通过电加热、金属离子键合等方法实现氧化石墨烯薄膜的搭接，有望为制备百微米厚度高导热石墨烯膜提供新思路。石墨烯导热膜的部分研究成果总结于表2中。图 4 百微米厚度石墨烯导热膜的制备、表征与热性能测试

p 　　近日，工信部、发改委、科技部联合印发了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》。该意见指出，要抓住机遇培育壮大石墨烯产业，把石墨烯产业打造成先导产业。同时提出了“四个推进”，即推进产业发展关键技术创新 推进首批次产业化应用示范 推进产业绿色、循环、低碳发展 推进拓展应用领域。 /p p 　　石墨烯是在光、电、热、力等方面具有优异性能，极具应用潜力、可广泛服务于经济社会发展的新材料，已经在能源装备、交通运输、航空航天、海工装备等产品上呈现良好的应用前景。 /p p 　　我国拥有巨大的石墨资源储备，发展石墨烯得天独厚的优势。据统计，全球天然石墨储量约为7100万吨,其中中国储量约为5500万吨,占全球储量的77%,居世界首位。近几年，我国在石墨烯的研发上投入很多，也先后取得了不小的成绩，使得我国也位列石墨烯技术强国。 /p p 　　有业内人士表示，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。 /p p 　　不过看似一切美好的石墨烯产业仍旧有许多问题亟待解决。石家庄科学产业技术研究院研究员胡伟告诉《中国产经新闻》记者，“虽然我国在石墨烯技术上取得了一定的成绩，但关键核心制造技术与发达国家相比仍旧有所差距。此外，我们在石墨烯的应用上也还需要扩大范围。” /p p 　　最近炒得火热的华为手机电池将使用石墨烯制成，最终被证明并未实现，华为和曼切斯特大学关于石墨烯技术的合作仅仅着眼于通信领域。胡伟告诉记者，虽然量产的技术已经得到实现，但石墨烯仍旧没有迎来大规模的商用。我国目前石墨烯技术仍旧处于产业化的初级阶段,未来在技术、工艺和产业链对接方面还需要投入大量资源与研究。 /p p 　　虽然目前我国石墨烯产业仍旧存在许多问题，前景仍旧可期。根据新政的指导意见，指明要将石墨烯产业发展成为先导产业。将在2020年完善石墨烯产业体系,实现石墨烯材料的标准化、系列化和低成本化,并在多领域实现规模化应用。强调了产学研用协同发展的重要性,并具体落实了石墨烯材料规模化制备技术创新、知识产权体系建设、产业发展服务平台搭建3个发展方向。 /p p 　　胡伟表示，三部委发布的新政指导相关部门在未来加大对石墨烯核心技术的研究，有效改善我国石墨烯行业技术薄弱的问题。此外，在产业链和应用上也指明了方向。我国的石墨烯应该走出实验室，真正地应用在各行各业中。而对于一个新兴产业来讲，标准化是健康发展的基础。我国石墨烯下游企业需求极大，如果发展顺利，将迎来一个千亿元的大市场。 /p

15日，记者从中国科学技术大学获悉，该校曾长淦教授、李林副研究员研究团队与北京量子信息科学研究院解宏毅副研究员等合作，通过构筑石墨烯与氧化物界面超导体系的复合结构，揭示了二维半金属和二维超导体之间由于量子涨落诱导的巨幅超流拖拽效应。相关成果日前在线发表于《自然物理》。对于两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成的电双层结构，在其中一层（主动层）施加驱动电流，层间载流子之间的耦合会在另一层（被动层）中诱导产生一个开路电压或闭路电流，即产生层间拖拽效应。基于二维电子气之间的拖拽效应，可以探索准粒子的层间长程相互作用，发现如激子超流体等新颖层间关联量子态。由于较强的介电屏蔽效应，拖拽电流耦合比远远小于1。而将其中一层或两层替换成超导材料，将有望产生耦合比显著增强的超流拖拽效应。研究团队构筑了石墨烯与氧化物异质界面组成的二维半金属—超导体电双层结构，并对其层间拖拽行为进行了系统研究。他们发现，在氧化物界面超导转变区间，石墨烯层中施加驱动电流可以在氧化物界面诱导出巨幅拖拽电流，且强度可以通过栅压/外磁场等进行有效调控。特别是在界面超导最优掺杂附近，拖拽电流耦合比达到0.3，即所产生的拖拽电流大小与驱动电流相当。与此前传统普通金属/超导金属体系相比，耦合比提高了两个量级以上。这一结果揭示了宏观量子涨落对于层间准粒子相互作用的显著调制。在应用层面，基于该复合结构将有望制备新型电流或电压高效转换器件，包括超导二极管等量子器件，将推动具有丰富量子物相的更广泛二维电子体系的拖拽效应研究，并发现更多基于层间长程耦合的新颖量子多体效应。