三维石墨烯管

p style=" text-indent: 2em " 科学技术的发展，为解决黑臭水体污染治理的世界性难题提供了新选择。我国科学家研发出一种新材料，将其平铺在黑臭水体表面，太阳光照射两周内，可明显改善水质。今年初，相关成果获得国家自然科学奖二等奖，拥有发明专利50多项，已在上海、安徽、江苏等地成功示范，正成为整治黑臭水体和污染防治的利器。 /p p style=" text-indent: 2em " 这一科研成果，由中科院上海硅酸盐研究所首席研究员、北京大学化学与分子工程学院教授黄富强带领两家科研机构，历经7年攻关获得。其成功研发的新材料，由三维石墨烯管和黑色二氧化钛两种特殊材料混合而成，治污原理是“物理吸附+光化学催化降解”。 /p p style=" text-indent: 2em " 有害有机物是黑臭水体的“元凶”，治理黑臭水体关键是消除这些有机物。自然环境条件下，借助生态的自修复功能，水体中的有害有机物可以自行降解，但污染严重的黑臭水体自修复能力很弱，生态净化周期会比较长。新材料可帮助黑臭水体加快有毒有机物的降解速度，缩短水体净化时间，并重新开启生态环境的自修复净化能力。 /p p style=" text-indent: 2em " 黄富强介绍：“三维石墨烯管负责快速、更多地牢牢‘抓住’各类有害有机物；黑色二氧化钛作为光催化剂，可对高达95%的全太阳光谱进行高效、充分吸收，进而快速地将捕获上来的有毒有机物降解为二氧化碳和水。” /p p style=" text-indent: 2em " 普通的石墨烯是二维的，形似平铺的纸张，而该团队研制的三维石墨烯管犹如立体的“蜂巢”，比表面积和中空体积增大，对有毒有机物的“抓取量”大大增加。 /p p style=" text-indent: 2em " 二氧化钛由于只能吸收仅占总太阳能5%的紫外光，不能吸收可见光和近红外光，降解有机物的效率较低。为改善二氧化钛吸光效率、进而提升有害有机物的降解速度，黄富强团队采用特殊工艺，制备出的黑色二氧化钛实现了高达95%的全太阳光谱吸收。 /p p style=" text-indent: 2em " 中科院院士张洪杰认为，黑色二氧化钛是该成果“核心中的核心”。几年前，美国密苏里大学陈小波教授研发出黑色二氧化钛，将对太阳光的吸收效率从5%提升到30%，引起学术界关注。 /p p style=" text-indent: 2em " 除治理黑臭水体，黄富强团队研究的新材料在处理印染废水、制革废水等工业污水方面也有突出成效。例如，添加1克新材料可吸附1.476克铅离子，简单酸化处理后，重金属离子可回收并被加工成各类高附加值材料。 /p p style=" text-indent: 2em " 在示范应用期间，团队在上海、安徽、江苏等地共铺设新材料光降解网3000多张，覆盖水域总面积近4万平方米。 /p p style=" text-indent: 2em " 在上海天山公园和中山公园，团队将涂覆有新材料的光降解吸附网铺在湖面后，不动水底淤泥，吸附网就能将有机物分解为二氧化碳和水，进而提高水体含氧量，增强水体自净化和生态修复能力。 /p p style=" text-indent: 2em " 上海轻工业环境保护技术研究所检测中心和江苏省环境科学研究院环境工程重点实验室的检测结果显示，治理仅7天后，化学需氧量、氨氮、总磷等代表性指标均从劣五类水改善至五类水以上。 /p p style=" text-indent: 2em " 在安徽省肥东县，团队对定光河污染较严重的中上游河段进行了治理。肥东县环保局水环境管理科主任薛铁成说，定光河是典型的复合污染河道，此次治理后，污水各项指标的去除率达60%以上。 /p p style=" text-indent: 2em " 新材料还具备成本比较优势。黄富强介绍，将新材料与市面主流材料进行实验室对比测试，针对印染废水、制革废水、造纸废水等典型的难降解高浓度有机废水，市面材料20分钟可降解完成，而新材料只需2-3分钟，降解速度大幅提高，但制备成本与市面材料相当。 /p p style=" text-indent: 2em " 陈小波表示：“该团队研发的独特制备方法具有很多技术优势，让大规模低成本生产黑色二氧化钛成为可能，这是一项突破性成果，将有力促进该材料的实际应用和商业化。” /p p style=" text-indent: 2em " 记者了解，目前，这一成果的两大关键材料已走出实验室，实现快速、无污染、低缺陷规模化制备，由团队自主设计、搭建的低成本技术生产线已具备50吨年产能。 /p p br/ /p

p & nbsp & nbsp 在传统泡沫材料中，电学性能通常不是最关键的性能。但是，三维石墨烯泡沫材料则截然不同，电学性能对于该材料在功能器件方面的应用尤为重要。事实上，合成三维石墨烯泡沫材料的一个重要目的就是为了继承单层石墨烯卓越的电学性能。尽管实验上一直尝试研究甚至改进石墨烯泡沫材料的电学性能，但理论研究的缺乏制约了该方向的进一步发展。这一尴尬局面主要源于石墨烯泡沫材料的复杂性，如石墨烯薄片的多重自由度（层数、尺寸）以及该问题的多尺度特性（涉及到电子德布罗意波长、石墨烯薄片尺度、石墨烯薄片相互接触的特征尺度）。 /p p & nbsp & nbsp 近期，中国科学院力学研究所副研究员刘峰与王超合作提出了一种理论框架，系统研究了三维石墨烯泡沫的导电性能，并在该体系中发现了电导率极大现象。在该理论框架中，导电过程被分为两个等级。第一级，即最底层，利用介观输运理论结合紧束缚模型研究石墨烯薄片间的电导。第二级，通过分子动力学模拟研究三维石墨烯泡沫材料的网状结构，并提取平均接触面积、平均接触点密度等几何特征。结合这两方面信息即可理论计算石墨烯泡沫材料的电导及电导率。该研究发现石墨烯泡沫材料存在电导率极大现象（即随石墨烯薄片层数的增加，电导率先增大后减小），并进一步揭示了该现象的物理机制。 /p p & nbsp & nbsp 众所周知，在传统泡沫材料中，存在一个优化泡沫密度使热绝缘能力达到最强，这源于固体中热传导与热辐射之间的竞争。而该研究首次在理论上提出存在一个优化层数使三维石墨烯泡沫材料电导率达到最大，并对其物理机制进行了系统研究。该工作为优化三维石墨烯泡沫材料的导电性能提供了理论基础，并将促进该材料在功能器件方面的应用。 /p p & nbsp & nbsp 进一步，该研究还分析了变形下三维石墨烯泡沫材料的导电性能。在循环加载下，电阻的变化逐渐趋于稳定，同时伴随有滞回环的出现，这与实验观测定性一致。由于大变形是泡沫材料的一个重要特性，研究大变形下石墨烯泡沫材料的导电性能对于应变传感、应变调控等方面的实际应用具有重要的指导意义。 /p p & nbsp & nbsp 相关结果发表在Small上（F. Liu, C. Wang, Q. Tang,& nbsp Conductivity Maximum in 3D Graphene Foams,Small2018, 1801458）。该工作获得国家自然科学基金、中科院B类先导项目的支持。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/5addedc1-a85f-428b-8e87-abb19fb9b6da.jpg" title=" 9.jpg" / /p p /p p 图1.理论框架。(a)第一级：研究石墨烯薄片间的电导。（b）第二级:提取平均接触面积、平均接触点密度等几何特征。(c) 理论计算结果表明存在电导率极大现象。 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/b3859686-a4f8-4a85-bfb6-528a3612ed53.jpg" title=" 29.jpg" / /p p 图2. 外载作用下，三维石墨烯泡沫材料的电阻变化规律。（a）不同应变下，三维石墨烯泡沫材料的结构演化。（b）电阻随应变的变化。（c）循环加载下电阻的变化。（d）第七次循环加载下电阻随应变的变化。 /p p br/ /p

近日，山西大学激光光谱研究所陈旭远教授和王梅教授等人在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表文章《Vertical Graphene Canal Mesh for Strain Sensing with a Supereminent Resolution》，报导了一种基于三维竖直石墨烯(Vertical Graphene, VG)的超低检测限应变传感器。 　　微应变传感器的发展为微型机器人、智能人机交互、健康监测和医疗康复等众多领域提供了广阔的前景。高分辨率的柔性应变传感器可广泛应用于多种柔性可穿戴电子设备中，有助于提升设备探测灵敏度并保证亲肤性。目前，已有诸多活性材料在柔性传感器中展示了良好的应用效果，如碳纳米管、银纳米线、MXene等。但是具有极高分辨率的柔性应变传感器仍然是应变传感器研究中的一项挑战。 　　作者通过设计三维石墨烯微观和宏观结构制作了网状结构的应变传感器(VGCM)，使其在0-4%的总应变范围内实现了低至0.1‰的应变精确响应，获得了极高的分辨率。同时通过实验验证及理论模拟揭示了VG在应变过程中微裂纹的演化规律和电阻变化机理。 图1 基于VGCM的应变传感器制备过程及VGCM的SEM图像 　　此工作以铜网为模板，利用等离子化学增强气相沉积法在铜网上生长了VG。利用化学刻蚀去除铜网后获得中空网状VGCM结构。这种网状结构使得拉伸应力集中，增强了应变过程中的电阻变化，实现了对低至0.1‰的微小应变的高分辨响应。 图2 拉伸过程中的应力分布示意图 　　有限元模拟展示了VGCM在拉伸过程中的应力分布。结果显示VGCM的中空管道结构使得应力集中分布在管状VGCM的顶端和底部。同时，三维石墨烯竖直结构也会导致应力在竖直结构之间形成集中。 图3 VGCM传感器传感原理图；VGCM应变中的SEM图像；VG和2D石墨烯应力分布模拟图 　　进一步通过实验验证了在拉伸情况下，应力集中产生裂纹且主要分布在中空管道顶端和底部。裂纹的产生加速了电阻的增加，从而提高了VGCM的灵敏度和分辨率，与模拟结果完全吻合。VGCM传感器利用了三维石墨烯的微观结构和网状的宏观结构的协同作用，使得应力集中，增大了电阻在拉伸过程中的变化，赋予了VGCM传感器卓越的分辨率和良好的应用前景。

概 述人们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，是一种二维材料。虽然看起来非常单薄，但是石墨烯却具有常规材料无可比拟的优异性能：力学、电学、热传导、阻隔性等性能。其导热系数是金属的10倍，电子迁移率更高，电阻率更小，比导热导电性能最好的银和铜还要好，柔性石墨烯散热薄膜能帮助现有笔记本、智能手机等提升其散热性能；它几乎是透明的，只吸收2.3%的光，97.7%的光可被传输，使其具有非常大的潜力，可用于光伏领域等。接下来，小编就带领大家，一起走进近期石墨烯在某些领域的潜在应用性。一、柔性石墨烯存储 现在大家对手机的期待越来越高，期望能有更多的黑科技应用到手机上，希望自己的手机拥有非常酷炫的功能。除了超级大的内存、存储空间，超长待机时间，超快的传输速度，强大的拍照、录像功能，生物识别技术，全视曲面屏，AR和VR功能等，现在人们越来越关注手机的轻薄性，最酷的当属折叠手机。目前对于柔性屏幕的研究，已经有了些许眉目，但是想要手机达到任意折叠的效果，还需要内部组件的柔性可弯曲，虽然非常遥远，但是已经有了这方面的研究成果了。英国University of Exeter 基于石墨烯研发了一种新材料——混合氧化石墨烯二氧化钛存储，只有50纳米长度和8纳米的厚度，写入和读取速度只需5纳秒，非常适合未来可弯曲手机的设计，取代智能手机中的闪存储存。二、太阳能电池光板利用石墨烯高达97.7%的透光性，可将其用于光伏领域，相反的，最近英国萨里大学的研究者，利用纳米纹理化技术，可将纹理处理后的石墨烯制作太阳能光板。原来，研究者从飞蛾的眼睛得到启发，对石墨烯表面进行纹理操作，使石墨烯的吸光能力增加90%，可以吸收非常微弱的光，可以极大的提高能源利用率。三、石墨烯“人工喉”清华大学的研究者偏重于石墨烯在人体健康方面的许多研究，最近任教授介绍称，将少数几个单层的石墨烯薄膜叠加一起，形成一定的结构，可使其具有更加丰富的功能，任教授将其应用到了 “人工喉”的领域。通常情况下，一般人听不懂先天失声的人在说些什么，这就需要把这些声音转化。 “人工喉”可以检测到喉咙的振动行为，并通过处理电路进行分析。如：我们可以将10KHz或5KHz的单频率声音替换为提前录制好的声音，比如“你好”等，这样，聋哑人发出“啊”时，人工喉咙相应的自动发出“你好”，目前此项研究还在开展中。让我们共同期待，不远的将来，任教授能够利用石墨烯帮助聋哑人士开口说话吧。前面介绍了石墨烯这么多优异的功能和用途，接下来，就让我们在电镜下，看一下其庐山真面目吧。图1为采用电镜获取的石墨烯截面和表面的2万、3万、4万、5万倍下的图像，可以清晰看到，该产品由多层石墨烯组成，且呈现多孔结构。多孔结构的石墨烯，使其具有超强的吸附性能，在空气净化器、汽车换气系统滤膜等使用，尤其在污水处理方面具有非常大的潜力。研究表明氧化石墨烯对铅的吸附容量是常规碳材料的10倍，吸附率可达到99%，可以使水得到深度净化如图2所示。图1 电镜下石墨烯截面和表面形貌像图2 石墨烯的吸附作用采用蔡司的sigma500场发射扫描电子显微镜观察石墨烯，我们可以看到不一样的风景。如下图3所示，不同石墨烯的截面（6万，10万倍）和表面图像（1.5万，10万倍）。从截面图像，我们能够清晰看到其边界以及多层结构；通过表面图像可以看出，该石墨烯表面有许多褶皱，研究表明，可以通过褶皱来判断石墨烯的层数，原因是：单层石墨烯为了降低表面能，其形貌会由二维向三维转变，所以单层石墨烯的表面褶皱明显大于双层石墨烯，并且随着石墨烯层数增加，褶皱程度越来越小。另一方面，层数越多，透过的电子越少，在扫描图像上颜色越深，反之，则越浅。另外一方面，通过SPS技术，在石墨烯表面诱导产生大量褶皱形貌，可以使石墨烯从亲水性转变为疏水性，对于超疏水性材料的研制具有重大意义。后 记尽管石墨烯具有非常大的发展潜力，并且对于一些优异性能的研究已经取得了部分进展（如上所述），但是距离产业化，将这种福利惠及到大众，还是有很长的道路的。革命尚未成功，同志还需努力，广大的科研工作者还需要利用蔡司显微镜再接再厉呀~

日前，市场监管总局批准依托中国计量科学研究院技术创新研究院筹建国家石墨烯材料产业计量测试中心（深圳），依托北京市计量检测科学研究院筹建国家石墨烯材料产业计量测试中心（北京），以更好地发挥计量对石墨烯材料产业的技术支撑和保障作用，引领带动石墨烯材料产业创新发展和质量提升。石墨烯是由单层碳元子构成的蜂窝状二维晶体材料，被称为21世纪的“新材料之王”。目前，全球石墨烯市场稳步增长，中国将成为全球最大的石墨烯材料生产和消费的国家。石墨烯材料的研发和应用涉及国家高新技术材料的产业基础，产业关联涉及新材料、能源、环境、航空航天、国防等国民经济和社会发展重点领域，对国家的发展起着重要作用。北京高度重视石墨烯新材料等战略性新兴产业发展，将石墨烯材料研发和产业化作为建设国际科技创新中心的重要举措之一，北京市计量检测科学研究院已经开展了包括微观形貌分析、化学成分分析、产品力学性能分析等计量测试能力的建设工作，并积极推动科研成果转化，具有充分的技术储备。深圳拥有石墨烯材料研发、转化、生产及应用“三位一体”的石墨烯技术创新及产业示范集群，涵盖了石墨烯从研发、生产到应用整个过程的全产业链，中国计量科学研究院技术创新研究院在石墨烯材料计量标准装置、标准物质、质量评价等方面处于国际领先水平，拥有一支高水平的石墨烯材料计量测试人才队伍，具有国内乃至国际一流的技术和人才优势。国家石墨烯材料产业计量测试中心落户北京和深圳，汲取各方优势资源，强强联合，将进一步发挥计量对石墨烯材料产业高质量发展的引领、支撑和保障作用，有利于提高石墨烯材料领域的科技创新能力和水平，助力打造具有国际竞争力的石墨烯材料产业体系。

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。

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

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维数碳质材料(如零维的富勒烯、一维的纳米碳管和三维的石墨等)的基本单元，具有极好的结晶性及电学质量，可广泛应用于微电子、柔性显示、航空航天、能源、化学传感等领域。自第一片石墨烯材料于2004年英国曼彻斯特大学安德烈• 海姆教授和康斯坦丁• 诺沃肖洛夫研制出来并于2010年荣获诺贝尔物理学奖后，石墨烯迅速成为国际先进材料研发的新热点，引发了诸多发达国家的科学家跟踪研究。 　　石墨烯结构 　　该课题组一篇论文获2009年度“中国百篇最具影响国际学术论文” 　　中国科学院长春应化所现代分析技术工程实验室材料电化学课题组近3年来密切关注国际石墨烯材料研发发展的最新趋势，围绕这一前沿性的重要科学问题，在中科院知识创新工程重要方向项目的支持下，从基础和应用基础研究入手，围绕石墨烯的制备、化学修饰、性能研究等，开展了系列卓有成效的研究工作，并积极探索其在众多领域的应用，取得了系列创新性的研究进展，不但在石墨烯的制备、化学修饰、性能研究等方面取得了长足的进步，还研制、开发出多种高强度、高韧性树脂材料等 此外，还在石墨烯透明电极、生物传感等方面进行了初步的探索，取得了一系列相关研究结果，得到了国内外同行的广泛关注。近年来已在 Anal. Chem.、Chem. Commun.等国际著名核心期刊上发表相关文章15篇。其中发表于2009年Anal. Chem.上面的文章“Direct electrochemistry of glucose oxidase and biosensing for glucose based on graphene”仅1年左右时间就被引用100余次，并被中国科学信息技术研究所评选为2009年度“中国百篇最具影响国际学术论文”。

长期以来，材料科学家们都在寻找一种类似肌肉和其他天然纤维的合成结构材料。该材料可以在外界刺激响应下进行可逆的融合和裂变，从而可以用于开发动态可变形系统和具有可定制化纤维的结构材料，在航空、电子和太空探索等领域具有重大的应用前景。大家颇为熟悉的一个例子便是碳纤维。碳纤维作为一种具有极高机械强度和模量的高性能纤维，在承重和复合材料等领域发挥着重要的作用。为满足不同的应用需求，碳纤维往往需要经过分层组装（如揉捻等），以形成复杂程度不同的线、纱、绳和织物。由于现代纤维组装技术需要复杂的机械和高能量输入，因此简化和探索可逆的纤维组装过程是目前人造纤维面临的主要挑战之一。此外，在重复融合和裂变过程中具有结构和性质持久性的系统的设计仍然具有挑战性。石墨烯纤维是由石墨烯片沿一维方向宏观组装而成的新型碳纤维。不同于以往的碳质纤维，石墨烯纤维的构筑基元是具有良好的导电、导热、机械强度等性能的二维石墨烯，纤维的内部结构三维有序、致密均一，可以在多功能织物、轻质导线、能量收集及转换、可穿戴储能装备、柔性电子器件、神经信号记录微电极等多个领域发挥功能。因而被材料科学家们寄予厚望。2011年，浙江大学高超教授首次利用氧化石墨烯液晶法湿法纺丝的技术制备出宏观连续的石墨烯纤维。从制备技术上看，石墨烯纤维具有独特的四大优势：可以批量生产的氧化石墨烯原料；氧化石墨烯自发形成的液晶结构；氧化石墨烯原丝的自融合和自愈合能力；种类多样且成本低廉的还原方法。2019年6月6日，由高超教授团队成果转化并建设的全球首条纺丝级单层氧化石墨烯十吨生产线试车成功。随即，国际石墨烯产品认证中心当日为该生产线生产的单层氧化石墨烯及其应用产品多功能石墨烯复合纤维分别颁发了全球首个产品认证。5月7日，高超教授团队再次在氧化石墨烯纤维领域取得重大突破，团队首次发现：湿法纺丝制备的氧化石墨烯（GO）纤维在溶剂的触发下会发生动态可逆的融合和裂变行为（图1）。研究成果以“Reversible fusion and fission of graphene oxide–based fibers”为题，发表在《Science》上。图1. 高超团队发现氧化石墨烯（GO）纤维在溶剂的触发下会发生动态可逆的融合和裂变行为具体来说，融合过程（C1-C4）就是n条单根GO纤维在溶剂中溶胀而自适应变形，形成核壳结构。其中核为GO纤维，壳为紧密堆积排列的类皮肤状GO片，呈宏观的圆柱形结构，具有微观尺度的波纹（图2A）；随后在空气干燥的过程中，在表面张力的驱动下，GO纤维粘结在一起，并随着纤维素壳的自适应收缩而发生融合，形成较粗的熔融GO纤维（FuF-n）。而裂变（E1-F4）则指的是将熔融之后的GO粗纤维重新浸入溶剂溶胀，其裂变始于均匀的溶胀，随着溶胀的持续，纤维间界面处会出现小缝隙。随后缝隙的快速传播以及整个纤维组件的体积膨胀导致了整个裂变，重新变成了n条单根GO纤维（FiF-n）。作者发现，在水诱导的融合和裂变过程中，融合后的FuF-100纤维中紧密堆积GO片层的层间间距为0.84 nm，密度为1.51 g cm-3，FuF-100纤维的拉伸强度为281 MPa；裂变后的FiFs-100的GO片之间的层间距为0.84 nm，密度为1.54 g cm-3，拉伸强度为259 MPa，几乎与FuF-100一致。这充分说明了该融合和裂变过程的精准动态可逆。图2. 水诱导触发的GO纤维的精确可逆的自融合和自裂变过程GO可逆融合和裂变的变形机制研究团队在两个GO纤维的融合和裂变过程中对它们的横截面进行的原位光学显微镜和偏振光学显微镜观察，发现：溶胀和再溶胀时纤维壳的可逆地起皱和展开对GO可逆融合和裂变起着至关重要的作用（图3）。由于纤维壳与相邻纤维的边界接触，提供了GO纤维间的粘结和脱粘作用，并保护了内部的纤维GO片材不扩散，从而表现出溶剂触发的大体积变化和弹性变形能力。在溶剂的表面张力和压差（Pc）驱动下，GO纤维间通过π-π相互作用和氢键作用促进了纤维壳的进一步粘合，随后GO片材起皱并压实了整个粗纤维束。在熔合过程中，溶剂响应性纤维壳充当弹性屏障，防止薄片在瞬态界面上相互扩散。而在裂变过程中，GO单根纤维会受纤维壳之间的圆柱形几何形状的驱动而分离。由于FuF浸入了GO的良好溶剂中，溶剂渗透会削弱单个纤维之间的粘合强度。当单个纤维的溶胀率超过一定值时，壳的弯曲几何形状会产生应力，并迫使相邻的纤维彼此分离。图3. 可逆融合和裂变的动态地形变形机制潜在应用最后，研究团队展示了GO纤维动态可逆融合和裂变行为的潜在应用。首先，由于可以在各种纤维基的组装结构之间灵活转换，这允许开发具有特定性能需求的不同场景中自适应应用GO基光纤系统。例如，GO纤维组件可通过裂变和融合在3D刚性杆和2D柔性网之间可逆转换（图4 A-D）。研究团队将多达13500根具有微米级直径和厘米级长度的纤维融合到一根1.2毫米厚的杆中，该杆足以支撑其重量的680倍。随后通过局部裂变和融合在1D熔融GO光纤与各种1D和2D复杂光纤组件之间进行切换（图4 E- F）。第二个应用是，通过融合和裂变，GO纤维束将能够实现包含和排除客体材料的功能，以在动态系统中表现出可控交付的功能。不同材料，大小和形状的各种客体，例如聚丙烯腈短切纤维，聚苯乙烯微球和亚毫米级的玻璃珠，均可以在熔化过程中被吸收到FuF中，然后在裂变过程中被排出（图4 G-J）。第三个应用是通过GO涂层赋予普通纤维以可逆的融合和裂变特性。传统的聚合物，金属和陶瓷纤维通过简单地涂覆GO外层而具有可逆的熔裂能力，进一步扩展了相应应用领域的覆盖范围。图4. GO纤维可逆的融合和裂变行为的应用简而言之，GO纤维的可逆融合和裂变使得纤维组装系统具有动态特性，从而实现了结构之间的转换和响应性的致动。同时， 该概念通过GO涂层进一步扩展到了常规纤维，为未来功能响应材料的设计提供了一个通用的策略。石墨烯检测技术及应用进展为促进石墨烯研发和产业化快速发展，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。会议日程时间报告主题报告人09:30-10:00待定孙立涛（东南大学）10:00-10:30石墨膜导热测试技巧方法李金艳（德国耐驰仪器制造有限公司）10:30-11:00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）11:00-11:30石墨烯材料检测方法介绍刘峥（国家石墨烯产品质量监督检验中心）11:30-14:00午休14:00-14:30待定谭平恒（中国科学院半导体研究所）14:30-15:00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）15:00-15:30二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）15:30-16:00石墨烯结构表征及其在环保领域的应用胡学兵（景德镇陶瓷大学）16:00-16:30石墨烯等低维纳米材料的标准化动态和展望丁荣（全国纳标委低维纳米结构与性能工作组）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

据物理学家组织网14日报道，澳大利亚科学家对新冠病毒的三维结构进行了迄今最全面的分析，他们汇编了27种新冠病毒蛋白的2000多个结构，揭示了这一病毒如何感染人类细胞并复制的新细节，有助研究人员开发更好的新冠疫苗和疗法，以及进一步研究新冠病毒的新变异毒株。　　为更好地理解新冠病毒的生物过程，加文医学研究院的西恩奥多诺格领导的团队确定了组成细胞或病毒的单个蛋白质的三维形状。他说：“蛋白质的三维结构为我们提供了有关新冠病毒组成的原子分辨率信息，这对于开发针对病毒不同部分的疫苗或疗法至关重要。我们的最新研究首次将新冠病毒27种蛋白的约2000个三维结构相关的数据汇集在一起并进行分析。”　　研究小组发现，三种冠状病毒蛋白质NSP3、NSP13和NSP16能“模仿”人类蛋白，这使新冠病毒能更好地隐藏在人类免疫系统之外，并可能导致新变异的出现。此外，五种冠状病毒蛋白NSP1、NSP3、刺突糖蛋白、包膜蛋白和ORF9b会“劫持”或破坏人类细胞，从而帮助病毒控制、完成其生命周期并传播到其他细胞。　　研究人员说：“我们还发现8种相互自组装的冠状病毒蛋白，通过分析它们的组装方式，我们获得了有关病毒如何复制其基因组的新信息。在考虑重叠后，我们认为仍有14种蛋白在感染中起关键作用。”　　据悉，为让研究人员更容易获得所有这些见解和数据，团队设计了一种新的可视化方法——结构覆盖图。该图突出了他们对新冠病毒的了解，以及尚待揭示的内容。　　研究人员表示，最新分析有助科学家们进一步开展相关研究。迄今为止，针对冠状病毒的大部分研究都集中在刺突蛋白，这是目前疫苗的主要靶点，这种蛋白将继续成为重要靶点，但最新研究有助科学家将重点扩大到其他潜在靶点，更好地了解病毒整个生命周期。最新研究还有助于科学家们更容易地调查新冠病毒变种之间的差异，以及如何使用更好的疫苗和疗法来对付它们。

单颗粒冷冻电镜三维重构技术是目前用于解析生物大分子高分辨率结构的主流手段之一。然而，高质量的冷冻电镜样品制备仍然面临很多挑战，如气液界面、优势取向和背景噪音等，极大地限制了结构解析的效率。针对这些问题，清华大学王宏伟教授课题组、饶燏教授课题组和北京大学彭海琳教授课题组合作研发了一种新型功能化石墨烯电镜载网，有助解决样品颗粒优势取向和气液界面等问题。在该研究中，他们合成了多种带有不同电荷性质基团（如氨基和磺酸根）的重氮盐分子，并利用这些重氮盐分子对CVD生长的石墨烯膜进行功能化修饰，进而获得带有不同电荷性质的石墨烯支撑膜。他们利用石蜡作为转移介质，将石墨烯支撑膜洁净转移到电镜载网上，用以冷冻电镜样品制备。经过冷冻电子断层扫描重构表征，这种功能化石墨烯支撑膜保证了对目标生物大分子的有效吸附，避免了气液界面所带来的潜在风险。另外，因为石墨烯表面修饰的基团带有不同的电荷性质，从而提供了与目标生物大分子不同的相互作用方式，达到丰富取向分布的目的。单颗粒冷冻电镜数据分析表明，带有负电性修饰的石墨烯倾向性地结合生物大分子颗粒表面的正电性区域，而带有正电性修饰的石墨烯则结合生物大分子颗粒的负电性区域，实现了调控生物大分子的取向分布。乳酸乳球菌第二类内含子LtrBRNP在常规支撑膜上具有严重的优势取向问题，从而较难获得高分辨率重构。在该研究中，这种带有不同电性修饰的功能化石墨烯支撑膜能够调控LtrBRNP的取向分布，成功解决了优势取向问题，最终获得了分辨率达3.2埃的三维重构结果。并且，在三维重构过程中，相比没有修饰的普通石墨烯支撑膜，LtrBRNP在功能化石墨烯膜上的颗粒有效利用率也明显增加。这些数据表明这种功能化石墨烯支撑膜提供了一个较为友好的作用界面，有助于保护生物大分子的三维结构。20S蛋白酶体以及核糖体在不同电性修饰的石墨烯（NFG：正电性修饰；SFG：负电性修饰）上的取向分布该研究于11月7日在《自然通讯》（Nature Communications）在线发表，题为“带有多种电性修饰的石墨烯支撑膜用以单颗粒冷冻电镜结构解析”（Functionalized graphene grids with various charges for single-particle cryo-EM）。清华大学生命科学学院/结构生物学高精尖创新中心王宏伟教授、生命学院博士后刘楠、清华大学药学院饶燏教授以及北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授为本文共同通讯作者，清华大学生命科学学院2019级博士生陆叶、博士后刘楠，药学院2019级博士生刘永波以及北京大学化学与分子工程学院博士毕业生郑黎明为本文共同第一作者。王宏伟课题组王家博士、2020级博士研究生杨君豪、2020级博士研究生贾霞、2022级博士研究生资沁茹以及实验室其他成员对该工作提供了重要帮助。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京生物结构前沿研究中心、清华-北大生命科学联合中心、科学探索奖和中国博士后科学基金等的支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34579-w

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

石墨烯是由一个碳原子与周围3个近碳原子结合形成蜂窝状结构的碳原子单层。理想的单层石墨烯片是由一层密集的碳六元环构成的，没有任何结构缺陷，厚度约为0.35nm，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。石墨烯是目前自然界最薄最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。目前石墨烯可量产的制备方法主要为氧化还原法和化学气相沉淀法（CVD）。其中氧化还原法的原材料为石墨，CVD法的原材料为甲烷、乙炔等含碳气体。目前的趋势是生产缺陷极小的高品质石墨烯。因此，CVD法在大多数应用中使用频率更高。石墨烯应用领域由于石墨烯具有优异的复合性能，虽然目前其下游应用还没有实现产业化，但是其潜在的应用领域非常广泛。在这些潜在应用领域中，应重点关注复合材料、过滤器、储能、晶体管、传感器、柔性透明电极等。表1 石墨烯潜在应用领域潜在应用领域具体应用医学组织工程、造影剂、生物医学传感器、药物输送、生物样品的过滤、DNA测序等电子晶体管、电极、量子点、自旋电子学、光电子学、光探测器、热管理、电子应用、填充的导电聚合物储能电池阳极、超级电容器、储氢电池过滤水蒸馏、分子过滤、乙醇蒸馏、生物燃料净化传感器压力传感器、纳米电子机械系统、气敏传感器、分子结合传感器、运动传感器、红外传感器、隐形眼镜、磁传感器其他领域建筑材料、润滑、电波吸收、声音传感器、冷却剂添加剂石墨烯的特性组合使其应用广泛。但需要注意，这些应用通常都需要石墨烯的导电性或机械性能。这就导致石墨烯在每个应用领域都存在竞争材料，且与之相比，石墨烯的性能表现各异。◆轻量化复合强化材料交通领域，特别是航空、航天和汽车行业，大部分应用都需要轻量化复合强化材料。以碳复合材料替代金属实现汽车的轻量化，可以有效提高能源效率。政府大力推动汽车能效提高也部分推动了产业的发展。而在轻量化材料的替代过程中，石墨烯将发挥重要作用。石墨烯的性能远超这些应用领域的需求。石墨烯是截至目前人类已知强度最高物质，与单壁碳纳米管相当；韧性是碳纤维的20倍；具有极高的拉伸强度。而且，自下而上的合成可使石墨长在铜或镍的泡沫上。利用催化金属进行蚀刻，可以产生多孔的轻质石墨烯泡沫。石墨烯在轻量化复合强化材料领域应用具有2方面优点：一是多层石墨烯氧化物，可作为3D打印材料；二是可以在催化金属泡沫上合成3D石墨烯或石墨烯气凝胶，其密度仅为0.16g/cm ，是现有最轻的材料。但与其他材料对比，石墨烯作为轻量化复合强化材料，也存在成本高的限制。纤维、纳米线和碳纳米管更容易制成性能高且成本更低的复合材料。石墨烯纳米带性能更为优异，但目前难以制备且价格昂贵。◆生物医学传感器生物医学传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，由固定化的生物敏感材料作识别元件，搭配适当的理化换能器及信号放大装置，构成的分析工具或系统。与碳纳米管相比，石墨烯同样是一种理想的生物传感材料，它拥有碳纳米管的廉价、环境友好、生物兼容性以及活性基团均匀分布等优点，同时，由于含有大量的羧基、羟基等官能团，石墨烯具有良好的溶解性能，这是碳纳米管所不具备的。另一种方法是使用石墨烯和金属薄膜传感器。由于石墨烯可使生物分子紧密结合，从而增强传感器的灵敏度。石墨烯结合得越紧密，传感器的电磁屏蔽效应越小。与其他材料相比，石墨烯可与现有材料相媲美或优于现有材料，但可能还不及其他无机二维材料。碳纳米管、纳米颗粒、纳米线官能化的微机电系统和半导体二维材料，如二硫化钼，也都具有直接功能性，敏感度在很大程度上取决于接受材料和介质。◆过滤器很多行业都需要过滤，包括化学品分离、生物样品提纯、海水净化等。由于石墨烯具有良好阻隔性、可调节纳米孔和可控层间距等性能，因此其在过滤器领域应用十分突出。石墨烯进行过滤有2种方法：一是利用石墨烯薄膜的孔隙过滤。由于水净化等过滤时会带来较高压力，过滤介质需具有较大的强度，而合成石墨烯通常缺陷较少，可视为绝佳过滤介质。石墨烯生产工艺的创新也进一步强化了这一优势。可调节孔隙利于过滤，这是因为只有小于孔隙的物质才可以过滤出去。通过控制氧化性介质添加时间，可进一步控制石墨烯孔隙的大小。二是将薄膜边缘朝上，这样物质就可以穿过石墨烯之间的层间距。这种方法主要用于海水淡化，因为石墨烯的层间距小于海水中的水合离子，可利用多层石墨烯氧化物来进行过滤。与其他材料相比，石墨烯存在不足：石墨烯与沸石的孔隙大小类似，而沸石已经应用于渗透蒸发脱盐，并且最新的研究证明沸石也可通过反渗透进行海水淡化。此外，沸石的孔隙率比石墨烯可控性更高。◆DNA测序石墨烯在DNA测序领域的应用看起来很有前景，但这一市场尚不成熟，现在与其他竞争材料对比还为时过早。石墨烯DNA测序的原理是将基于石墨烯的电子传感器与纳米孔结合使用。让单个DNA分子穿过石墨烯电子传感器，就像一串珠子穿过细小的铁丝网，从而实现实时、高通量的单分子测序。除此之外，还有许多其他类型的DNA测序方法，每种方法在成本、测序时间和准确性方面都各有利弊。相比其他几种方法，石墨烯纳米孔的缺点是吞吐量低，单层测序也不准确，而使用多层石墨烯可以显著提高精度。使用石墨烯进行DNA测序的优点在于可以长时间读取，而不需要将长链DNA分解成小片段。因此，这种方法具有成本低，且便携性高。目前DNA测序方法较多，很难确定哪一个将支配市场。初步调查结果表明，成本和准确性将是最大的驱动力。由于石墨烯传感器具有成本效益优势，因此随着DNA测序在医疗行业中的应用展开，石墨烯有望得到更广泛的应用。◆透明电极透明电极可广泛应用于显示器、触摸屏和太阳能电池等领域，其市场规模超十亿美元。但由于铟的稀缺性，其价格一直上涨，这一行业一直在寻求可替代铟锡氧化物的材料。此外，随着人们对柔性电子技术关注程度的不断提升，相对于刚性易碎的铟锡氧化物，新型透明电极更为追求柔性。而单层石墨烯的透明性和导电性，使其在这一领域的应用相对广泛。石墨烯的厚度和透明度相关。如果在90%透明度时柔性能够达到15Ω/m ，这就基本可适用于所有应用。单层石墨烯可实现这种薄层电阻，而大面积石墨烯，就没有额外的结电阻。由于竞争技术的出现和铟产量的增加，石墨烯在透明电极的应用有限。但石墨烯可用于柔性电子产品，它的表现优于其他纳米技术。随着人们对铟锡氧化物替代品的需求日益增长，一些替代品已经被开发和商业化。石墨烯和铟锡氧化物的主要竞争材料是金属纳米线、碳纳米管和金属网。目前已研究改进提高透明度和结电阻的技术。在过去的10年里，其他材料已实现产业化发展，石墨烯与其相比目前表现不佳。例如，C3 Nano Inc.公司能够实现30Ω/m ，90%的透明度，不足0.6%的模糊度；Rolith, Inc.公司的亚微米金属网能够达到5Ω/m ，96%的透明度，2%的模糊度；而我国无锡石墨烯企业能够实现150Ω/m ，84%的透明度，不足1%的模糊度。石墨烯薄膜可能会减少由于均匀性造成的模糊。石墨烯纳米带性能优于其他材料，其结电阻会降低。石墨烯和纳米技术结合发展比较有前景，这是因为石墨烯可进一步提高结电阻和提高导热系数。◆储能储能可广泛应用于包括便携式电子、汽车和可再生能源的储存等领域。由于环保的要求，可再生能源和新能源汽车的发展将推动这一产业的发展。用于长期放电、快速放电电池和超级电容器需要具有大表面积的材料来积聚和存储电荷。电池的电极也需要高导电性。人们已经开始研究石墨烯在电池和静电双层电容器中的应用。而这些应用中最好使用高品质石墨烯，如三维石墨烯，即石墨烯泡沫和气凝胶。高比表面积能够允许更大的能量容量；微米级孔隙允许电解液快速通过材料。石墨烯，特别是石墨烯泡沫，比现有标准电池优势更为明显。随着人们对储能应用兴趣的提升，石墨烯电极有望广泛应用于电池和超级电容器中。石墨烯在储能领域应用的竞争者是活性炭和石墨。活性炭是一种性价比高、具有高比表面积和纳米级孔隙的材料，这使它成为强有力的竞争者。由于活性炭目前已用于高端电池，石墨烯电极的性能必须非常优异，才能成为新的储能标准。与石墨烯相比，活性炭的主要缺点是孔隙之间的有限连通性，从而限制了电子输运。由于现有活性炭生产方法的限制，基本不可能实现孔隙互联互通的可控性。最近的研究表明，通过将碳源转化为相互关联的碳源，活性炭的性能可显著改善。而利用三维石墨烯改善了石墨烯电极的性能。表面积的增加大大提高了可以储存的能量总量。◆晶体管晶体管是电子学的基础，其研发趋势是更小巧、更有效的晶体管。以石墨烯为开关材料的晶体管在学术界得到了广泛关注。晶体管控制着电子的流动，电子拥有向上的或向下的自旋量子力学性能。石墨烯的高流动性使其具有潜在的场效应。此外，石墨烯能够保持电子在微米层面的自旋能力。石墨烯是不理想的自旋电子主动元件，它具有低自旋轨道耦合性。用石墨烯来操纵电子自旋是不可能的。掺杂石墨烯在自旋—轨道耦合方面有所改进，也就是说，以石墨烯作为自旋晶体管的开关材料仍需进一步创新。由于过渡金属硫化物等竞争材料具有较高性能，石墨烯作为高性能晶体管和自旋电子学活性元素的应用有限，但作为复合强化材料还是很有前途的。石墨烯本质上不是半导体。竞争对手包括各种半导体，从砷化镓等半导体，到二硫化钼等2D半导体。在这一应用石墨烯的主要缺点是，它是一种零带隙的金属。在没有带隙的情况下，石墨烯的关断电流相对较高。引入带隙可以解决这个问题，有2种方法可以实现：掺杂和量子尺寸效应。掺杂的稳定性和石墨烯纳米带的边缘效应都会产生影响。而过渡金属硫化物等半导体二维材料，在作为活性元素的性能方面是优于石墨烯的。而石墨烯在自旋电子学的距离内保持电子自旋的能力是非常罕见的。鉴于这种稀有性，石墨烯很可能实现在这一领域的应用。由于石墨烯不是自旋电子学理想的活性元素，因此需积极研究石墨烯与二硫化钼等复合材料，从而生产自旋电子器件，控制电子自旋。石墨烯产业化发展面临的挑战根据全球新材料研发的历史可以看出，新材料实现商业化成功的途径有2种，一是获得实时利益，二是经过多年研究寻找利基应用，最终发展成为广泛应用。但一种新材料最终会被另一种新材料所取代。石墨烯与这些新材料的不同在于，其应用领域发展快速，而这种快速的增长也会导致更多企业进入市场。石墨烯商业化过程将远快于其他新材料。石墨烯最初的商业产品是对现有产品的迭代改进，如加强头盔和增强现有产品的涂层。这种方法不需要在实验室中找到有利于市场的突破性特性。然而，石墨烯要实现在其他应用领域的广泛使用则需要其性能优于其他竞争材料。据预测，从长期来看，一旦实验室级性能石墨烯实现规模化商业化生产，这些领域的应用将会带来更大规模的石墨烯生产和应用。也就是说，可以实现潜在开创性应用的新型石墨烯目前正实现商业化生产。由于现有生产制备技术的创新，大规模商业化将在未来10年内发生。1. 高品质石墨烯成本过高高品质石墨烯，特别是应用定制石墨烯，供给量低，价格昂贵，将限制石墨烯在短期内的发展。此外，新型石墨烯的批量化生产还需进一步创新，如三维石墨烯、纳米纤维、石墨烯泡沫等。新型石墨烯可用于更多的应用领域，它们的生产对于行业发展至关重要。2. 应用市场过多缺乏聚焦石墨烯的应用领域过多，缺乏聚焦，导致石墨烯发展可能性多种多样，这将限制石墨烯产业的增长率。由于存在不同种类的石墨烯，而每种石墨烯的最理想应用并没有完全研究透，因此探索其所有的应用领域变得至关重要。用于不同应用的石墨烯研发方向多种多样，目前的研究并未聚焦到最有发展前途的方向上。另外，对于复合材料性能优异，发展前景良好。但由于石墨烯发展正处于初级阶段，研发十分困难，这就导致了更长的研发周期。3. 制备和处理工艺的限制为实现产业化，需要利用石墨烯的独特性质，但只有单层无瑕疵石墨烯才具有石墨烯的独特特性。因此，实现高品质石墨烯的生产非常具有挑战性，特别是实现商业化生产。石墨烯各层之间相互吸引，这使得制备石墨烯非常困难，剥离的石墨烯通常都有几层，而不是单层。与碳纳米管类似，要完全剥离出高纯度单层石墨烯，则需要超强酸。而利用CVD法制备石墨烯则更难避免多层。采用成核生长法合成石墨烯，将产生多个晶粒，从而存在晶界缺陷。限制沉积到单层膜也是非常困难的。此外，将石墨烯从催化表面转移到所需的衬底上会导致缺陷。因此，需要克服CVD合成石墨烯的这些挑战急需技术创新。4. 来自其他新材料的竞争石墨烯之所以独特是因为它的性能。但是，由于某些应用只是使用部分性能，因此，每种应用都有较强的竞争技术。对于每种应用来说，都有几种极具竞争力的替代技术。有些优于石墨烯，或是与石墨烯相媲美。这限制了石墨烯在特定领域的应用。全球石墨烯市场发展现状及预测1. 全球石墨烯市场发展现状●石墨烯市场处于萌芽状态由于石墨烯在十多年前才研发出来，目前石墨烯市场还处于萌芽状态，主要包括一些生产和供应企业。据最近关于石墨烯的市场报告显示，在过去几年中，石墨烯产业呈现快速稳定的增长态势，近期年均复合增长率超过30%，高达60.7%。目前企业的收入主要来自于研发类生产企业，而所有经营最终产品的下游应用初创企业几乎没有收入。虽然整个行业的销售有所增长，但个别石墨烯生产公司没有像先前预测的那样做得好。石墨烯生产技术的迅速发展导致了石墨烯生产商大量使用专有技术。一些石墨烯制造商却惨遭淘汰。达勒姆石墨烯科技公司拥有一个专有的自下而上合成方法，盈利400万美元，但4年后倒闭。此外，通用石墨烯公司也盈利870万美元。grafentek公司已经从生产石墨烯转型为生产透明导电氧化物/金属氢化物。●石墨烯生产企业股票表现欠佳尽管市场总体增长，但石墨烯和石墨生产商的股票一直在萎缩。这主要包括几个原因：一是许多关于石墨烯炒作和大型供应企业倒闭的新闻报道增加，人们对石墨烯发展的狂热预期幻灭；二是缺乏商业产品。与其他纳米技术公司一样，由于炒作被搁置，企业尚未实现大范围收购，股票价格从最高估值急剧下降。而一旦石墨烯开始产业化应用，预计石墨烯市场将增长。随着新加入者不断涌现，收购可能成为当前大企业保持市场地位的关键。2. 全球石墨烯细分应用领域市场增长预测预计在未来10年，随着石墨烯应用实现产业化，石墨烯行业将快速增长。石墨烯的应用推动力将从大学实验室转向大型企业。而复合材料、储能、水净化和音频等应用领域将获得最大程度增长。石墨烯产业最大的细分领域将是替代碳纤维在航空航天领域的应用。2020年以后，随着产业化应用领域的发展，特别是海水淡化技术的兴起，研发机构对石墨烯的需求将稳定增长，并成为石墨烯产业应用中规模较小的一部分。●轻量化复合强化材料领域预计在未来几年内，复合强化轻量化材料领域将以5%～10.6%的年均复合增长率增长，复合材料在航空航天领域应用将实现30亿美元产值，在汽车复合材料领域应用将实现产值140亿美元。这一领域产业发展的重点抢占高端轻量化应用市场份额，现有应用市场主要以碳纤维为主，其在航空航天复合材料领域市场份额达到73%，在汽车复合材料领域市场份额达到3%。未来石墨烯市场份额的抢占很可能取决于石墨烯气凝胶和交联氧化石墨烯膜的生产。在这2个领域，石墨烯的技术优势远超其他竞争技术。尽管复合材料产品已经开始应用，但航空航天领域应用的大幅增长预计需要3～7年；而汽车领域应用的大幅增长则需要5～10年。因此，未来需准确评估航空航天领域应用所能带来的收益；严格控制3D石墨烯生产加工，以确保材料的一致性和可靠性。随着3D石墨烯或纤维复合材料不断研发，石墨烯的市场份额将进一步增加。●音响设备领域音箱的小型化使得石墨烯在消费电子产品领域的应用增长，预计年均复合增长率达到17%。3D石墨烯可实现更薄、更小、更高效的音频驱动，因此3D石墨烯的可靠生产将进一步提高其市场份额。在未来3～5年，随着小型节能部件领域对石墨烯需求的增长，预计石墨烯在这一领域的应用将迅速增长。●储能领域未来几年，石墨烯在电池负极市场应用将实现3亿美元产值，年均复合增长达到24%；在超级电容器市场应用将实现1.4亿美元，年均复合增长率达到11%。石墨烯泡沫或其他微孔三维石墨烯将广泛应用，其性能将超越目前需要替代的能源存储电极材料。未来为扩大市场份额，需要改进现有3D石墨烯的生产，降低成本。随着电动汽车的广泛应用，对大容量电池的需求快速增长，以及包括再生制动和太阳能输出功率等应用需求的增长，对超级电容器需求的提升，预计石墨烯在这一领域的应用将在未来3～5年快速增长。●水净化领域未来几年，石墨烯在水净化领域应用的市场将达到120亿美元，年均复合增长率将达到13%。海水反渗透脱盐需要低成本、高通量渗透膜，而海水净化占这一领域市场的70%以上。只要全海水淡化系统的产量迅速上升，石墨烯就很有可能迅速占领市场份额。预计石墨烯将在未来3～5年内实现产业化应用，这期间需要一个较长的孵化期。随着石墨烯实现规模生产，在2020后将实现快速增长。3. 全球石墨烯市场空间预测到2025年，石墨烯在多个领域的应用有望实现快速增长，2017-2025年平均增长率达到72.8%（详见图）。这预示着特定领域应用的石墨烯生产将快速增长，在最有前景的应用领域使用的石墨烯、碳纤维或其他标准材料市场占有率将迅速增加。在后几年中，石墨烯的市场应用采纳率预计会增加，因为产业发展中期推出的初始产品将大大超过竞争对手。而在3D石墨烯实现规模化生产之前，任何意外的延误都会延缓这种快速增长。图 2017-2025年全球石墨烯市场空间预测石墨烯产业发展趋势展望1. 石墨烯生产趋势展望高质量石墨烯规模化生产的困难导致其生产成本较高。目前的生产趋势：一是努力克服高质量石墨烯批量生产加工的局限性。现有客户大部分都来自于学术或其他研究机构，由于其消费量较低，因此带来了潜在的石墨烯供给过剩。尤其是一些本已盈利数百万美元的石墨烯生产企业纷纷倒闭，这一事实更是印证了人们对此的判断。大部分石墨烯生产企业纷纷拓展业务，实现多元化生产，进行新应用产品生产，或投资应用企业。二是现有利基石墨烯的生产，如交联氧化石墨烯、3D石墨烯、纳米薄片、纳米带、量子点。所有这些石墨烯都只在研究初期，未来可用于某些应用，而基础石墨烯正逐步产业化。2. 石墨烯应用领域增长点展望由于现在已有大量企业涉足石墨烯生产领域，而且基于新的生产方法，未来还有更多的企业进入，石墨烯的生产制备还未达到预期的快速增长速度。未来还需要杀手锏级的应用来实现快速增长。●增长点一：更轻更小的储能设备石墨烯在更轻更小储能设备领域的应用将带动石墨烯生产、设备集成等应用领域的发展。电池的创新已落后于其他先进消费电子领域的创新。未来将进一步研发应用具有高导电性和多孔电极的大容量电池和超级电容器；研发新型石墨烯，如3D石墨烯，能够在保持高导电性的同时，实现表面积最大化，目前研发机构正在进行3D石墨烯的潜在规模化商业化研发，需要进一步转化成商业化应用；研发新型石墨烯在能源存储设施的应用；进一步提高高纯石墨烯的制备方法；在替代现有标准方面，这些能源存储设备的新性能将至关重要。●增长点二：复合强化轻量化材料石墨烯在超轻量化复合材料领域的应用将带动石墨烯生产、设备集成、商业化销售等应用领域的发展。石墨烯泡沫和石墨烯气凝胶是最轻最强的材料，这些材料可在现有应用领域替代其他诸如碳纤维等轻量化材料，其应用范围可覆盖从航空材料的轻量化到消费电子的高效播放器等领域。新型石墨烯将进一步实现规模化商业化发展。因此，需要石墨烯生产企业和应用企业进一步加强合作。随着创新的加快和知识产权保护的加强，在其他需要更强轻量化材料领域的应用将进一步展开。

p strong 　　一、行业动态(六月汇总) /strong /p p 　　(1)中国太阳能组件制造商Znshine Solar宣布，与阿联酋阿提哈德能源服务公司(Etihad Energy services)签署一份100兆瓦石墨烯增强型太阳能组件供应协议。 /p p 　　(2)黑龙江大学陈志敏教授团队在Energy & amp Environmental Science杂志上发表文章，介绍了一种利用氢键组装的超分子体系灵活调控氮磷共掺杂石墨烯中杂原子配置(如比例和含量等)的方法，实现了NHDG催化剂在酸性条件下HER活性的新突破。 /p p 　　(3)上海交通大学高分子系郑震副教授带领博士生雷昆在美国化学会旗下知名期刊ACS Omega上发表关于基于氧化石墨烯与苯乙烯类树脂的有机-无机层层组装杂化膜的界面作用研究的研究成果。 /p p 　　(4)由挪威科技大学(NTNU)的教授Helge Weman和Bj?rn-Ove Fimland领导的研究小组成功地在石墨烯表面产生紫外线，该紫外线可以消除紫外线装置中的有毒汞。 /p p 　　(5)来自韩国的明知大学(Myongji University)、成均馆大学(Sungkyunkwan University)、 嘉泉大学(Gachon University)、韩国技术研究院(KIST) 和美国维拉诺瓦大学(Villanova University)的研究人员开发出一种基于石墨烯的生物传感器来检测细菌的存在。 /p p 　　(6)山西煤化所在三维石墨烯基热界面材料研究方面取得进展。 /p p 　　(7)日本名古屋工业大学(NITech)的研究团队将单层石墨烯应用于氮化镓并通过在紫外线照射下表征器件来确定石墨烯和氮化镓异质结的界面特性，该研究为了解各种二维和三维异质结构的界面，以开发具有石墨烯的新型光电器件提供可能。 /p p 　　(8)杭州高烯科技有限公司建成全球首条纺丝级单层氧化石墨烯十吨生产线并试车成功，所产单层氧化石墨烯及其应用产品——多功能石墨烯复合纤维通过国际石墨烯产品认证中心(IGCC)产品认证。 /p p 　　(9)位于葡萄牙米尼奥大学的国际伊比利亚纳米技术实验室(INL)和生命与健康科学研究所(ICVS)的研究人员将开发一种基于石墨烯的设备，该设备能够以快速、可靠的方式并以可获得的成本进行疟疾的早期诊断。 /p p 　　(10)Proactive investors发布新闻称GrapheneCA利用其专有技术，使用低温工艺将其高品质石墨烯与各种凝胶混合，该公司有望利用其颠覆性的石墨烯技术改变世界。 /p p 　　(11)美国麻省理工学院的Jing Kong教授等人提出利用石蜡转移石墨烯的技术，解决了石墨烯转移中支撑层污染和起皱问题。 /p p 　　(12)来自中国、美国和日本的一组研究人员开发一种方法，通过用纳米管增强用于海水淡化项目的石墨烯基膜。 /p p 　　(13)First Graphene(ASX: FGR)披露其PureGRAPH石墨烯产品，该产品通过改善聚氨酯材料的阻燃性，提高了聚氨酯材料的安全性 /p p 　　(14)武汉大学袁荃和湖南大学/UCLA段镶锋等团队合作，报道了一种新型的厘米级纳米多孔石墨烯的制备方法，有望更容易实现石墨烯纳滤膜的规模化生产。 /p p 　　(15)澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授课题组报道了层间距可调控的富氮薄层石墨烯(N-FLG)，通过石墨烯扩层实现了钠离子的高效存储。 /p p 　　(16)中国科学院国家纳米科学中心张勇课题组前期成功实现了过渡金属二硫族化合物本征量子片的规模制备。 /p p 　　(17)Verditek和Paragraf宣布，他们已经成功地将石墨烯应用到光伏电池上，目前正在继续工作，目标是实现超过25%的效率。 /p p 　　(18)加拿大石墨烯领导集团(GLC)宣布获得35万加元的拨款， 这笔资金将支持GLC“氧化石墨烯的规模化”，用于开发GLC的产品环境平台。 /p p 　　(19)Haydale和国家物理实验室(NPL)共同参与一项为期12个月的关于改进石墨烯功能和应用的项目，该项目由英国创新署( Innovate UK )进行资助。 /p p 　　(20)北京大学刘忠范院士团队开发了一种垂直石墨烯纳米片作为散热器的蓝宝石衬底氮化铝紫外LED器件，有效提升了紫外LED的散热性能。 /p p 　　(21)中科院重庆研究院与新加坡国立大学合作，研制了三维微纳共形石墨烯柔性力敏电极，并应用于高灵敏柔性压容式触觉传感，主要指标已超越人类触觉感知水平。 /p p 　　(22)大阪大学的研究人员发明了一种基于石墨烯的生物传感器，用来检测那些攻击胃壁的细菌，这些细菌与胃癌有关。 /p p 　　(23)德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了一种基于石墨烯的可穿戴设备，可以准确、舒适地监测心脏活动。 /p p 　　(24)在美国能源部埃姆斯实验室和美国东北大学的合作中，科学家们开发了一个模型，用于预测夹在石墨烯等二维或二维以下材料之间的金属纳米晶体或“岛屿”的形状。 /p p 　　(25)上海兆芯集成电路有限公司在中央处理器创新技术产业生态发展论坛上，发布了新一代16nm 3.0GHz x86 CPU产品——开先KX-6000和开胜KH-30000系列处理器。 /p p 　　(26)XG科学近期宣布与中化集团和余姚PGS合作开发石墨烯增强热塑性复合材料。 /p p 　　(27)石墨烯旗舰合作伙伴布鲁塞尔自由大学、比萨大学和剑桥大学与欧洲航天局(ESA)和瑞典太空公司(SSC)合作，最近向太空发射材料科学实验火箭(MASER)，目的是测试在零重力条件下在硅衬底上打印石墨烯图案效果。 /p p 　　(28)中国科学技术大学朱彦武教授课题组以碳材料的基本结构单元——单层石墨烯作为研究对象，利用原位拉曼光谱和傅里叶变换红红外光谱探究了单层石墨烯电极/电解质界面在电化学循环中的演变过程。 /p p 　　(29)宁波材料所在推进石墨烯超级防腐涂层领域取得进展。 /p p strong 　　二、联盟动态(六月汇总) /strong /p p 　　(1)6月1日，国家石墨烯产品质量监督检验中心发布《产业质量发展分析报告》 /p p 　　(2)6月1日，2019中国福建(永安)石墨烯创新创业大赛在福建永安成功举办 /p p 　　(3)6月2日，2019中国福建(永安)6· 18项目成果对接会顺利召开。 /p p 　　(4)6月5日，中国邮政集团公司与华为签署战略合作协议 /p p 　　(5)6月5日，济南圣泉集团荣获“2019年度环保社会责任企业”称号 /p p 　　(6)6月5日，首届西安哈工大校友创新创业大赛暨“迎哈工大百年华诞”创新创业大赛在西安高新区成功举办 /p p 　　(7)6月6日，石墨烯领域传出重大喜讯!杭州高烯科技有限公司建成全球首条纺丝级单层氧化石墨烯十吨生产线并试车成功，所产单层氧化石墨烯及其应用产品——多功能石墨烯复合纤维通过国际石墨烯产品认证中心(IGCC)产品认证 /p p 　　(8)石墨烯联盟(CGIA)联合国内外多家石墨烯领域产学研单位，共同倡议将每年6月6日设立为“国际石墨烯日International Graphene Day”。 /p p 　　(9)6月10日，宝泰隆石墨烯公司被七台河市科学技术局授予科技型中小企业称号 /p p 　　(10)6月10日，5G助力“泛在电力物联网” 中兴通讯与许继电气签署战略合作协议 /p p 　　(11)6月10日，华为与马来西亚运营商TIME签署MoU，共建领先的10G PON超宽接入网实验局 /p p 　　(12)6月12日，圣泉集团又一生物质石墨烯材料研发及产业化应用项目在京通过鉴定 /p p 　　(13)6月12日，广州特种承压设备检测研究院圆满完成普莱克斯华南区3市4厂654只安全阀现场校验服务工作。 /p p 　　(14)山西煤化所碳纤维表面工程课题组在表面改性方面取得新进展 /p p 　　(15)6月13日，菏泽市政协副主席、教科卫体委员会主任黄秀玲来山东玉皇新能源科技有限公司调研 /p p 　　(16)6月13日，济南圣泉集团荣获“济南市劳动关系和谐企业”称号 /p p 　　(17)6月13日，佛山市基金业协会、佛山力合创新中心和广东金睿和投资管理有限公司一行赴广东墨睿科技有限公司参观考察 /p p 　　(18)6月13日，双星集团获首批市级双创示范基地授牌 /p p 　　(19)6月14日，朗丰石墨烯润滑油获得中国环境标准Ⅱ型产品认证。 /p p 　　(20)6月20日，“新华社民族品牌工程?服务产业新锐行动”启动仪式暨首批入选企业签约仪式在京举行，东旭光电旗下子公司明朔科技作为首批入选的六家企业之一受邀参会 /p p 　　(21)6月20日，陕西省商业联合会组织会员代表一行20余人到访西安丝路石墨烯创新中心考察交流 /p p 　　(22)6月20日，中兴通讯视频算法荣获IEEE CVPR超级挑战赛冠军，关键技术助力5G大视频业务发展 /p p 　　(23)6月21日，由西安石墨烯产业联盟主办的“2019第二期西安石墨烯项目对接沙龙”在西安丝路石墨烯创新中心成功举办。 /p p 　　(24)6月21日，中核投资公司领导一行到宝泰隆新材料股份有限公司考察 /p p 　　(25)6月25日，超威集团连续7年上榜中国轻工百强 /p p 　　(26)6月25日，国家新材料产业发展专家咨询委员会在中国工程院召开重点领域专项调研总结汇报会，专家咨询委员会李义春委员等石墨烯调研组专家参会，并汇报了石墨烯领域专项调研情况 /p p 　　(27)6月25日，华为与网易成立5G云游戏联合创新实验室 /p p 　　(28)6月26日，中兴通讯助力中国移动演示全球首个面向5G的边缘开放硬件加速平台。 /p p 　　(29)6月26日，美国NANOGRAF公司嘉宾到访墨西科技 /p p 　　(30)6月26日，广州特种承压设备检测研究院研发的《拉伸测试设备》喜获国家实用新型专利授权 /p p 　　(31)6月28日，石墨烯在汽车领域应用发展论坛暨西安新三力石墨烯汽车应用研发中心揭牌仪式在西安高新区圆满举行 /p p 　　(32)6月28日，北京联通联合华为成功完成全球首个5G承载随流检测方案iFIT试点 /p p 　　(33)6月28日，中兴通讯“ATG空中宽带”获亚洲最佳互联生活移动应用大奖。 /p p 　　“2019中国国际石墨烯创新大会” 将于2019年10月19-21日在西安陕西宾馆召开，免费参会。详情可登录大会官网(官网：www.grapchina.cn详细了解)。 /p p 　　电话：400-110-3655 /p p 　　官网：www.grapchina.cn /p p 　　邮箱：meeting01@c-gia.org /p p 　　QQ群：296531551 397051421 /p p 　　微信：SMXLM2013、CGIA-2013(添加为好友，邀请入群) /p p 　　微信订阅号：CGIA2013(支持在线咨询) /p p br/ /p

三维石墨烯碳材料是一种由二维石墨烯在宏观尺度上构成的新型碳纳米材料，在能量储存与转化、催化、吸附分离等领域具有广阔的应用前景。迄今为止已经涌现了大量三维碳材料的制备方法，可以被归类为固态路线（以氧化石墨烯、天然和合成聚合物等为前驱体）和气态路线（气体碳源的化学沉积）。其中，固态路线往往缺乏对产物成分和结构灵活调控的能力，而气态路线极度依赖催化模板且效率低。液态是介于固、气之间的一种特殊状态，兼具固态的分子堆积密度以及气体的流动与兼容性。对液态路线的开发探索被认为是实现三维石墨烯材料结构与性能高效可控制备的关键。长期以来，科研人员在建立一条液态的三维石墨烯材料合成路线方面付出了大量的努力与尝试，但始终未取得实质性的进展。　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所新型热固性树脂团队刘小青研究员基于多年的生物基热固性树脂研究经验（Composites Part B, 2020, 190, 107926；Green Chemistry, 2021, 23, 8643；Progress in Polymer Science, 2021, 113,101353 Chemical Engineering Journal 2022, 428,131226 Composites Science and Technology, 2022, 219, 109248），提出开发生物基材料的本质是为了实现对生物碳的高效利用。基于此，团队利用激光烧蚀的方法，将生物基热固性树脂转化为功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85 Carbon, 2021, 183, 600 ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490 Nano Energy, 2022, 100, 107477；Small, 2022, 2202960），拟完成从“生物碳”到“生物基树脂”再到“功能碳”的闭环转化。　　最近，基于在这两个交叉领域丰富的研究基础，该团队通过对碳前体的分子结构设计，并利用激光刻蚀成功实现了从液态前驱体直接转化为三维石墨烯材料（如图1所示）。这条全新的制备路线集成了激光制造与液态前驱体两者的优势。几乎所有目前广泛应用的石墨烯宏观结构都可以通过这条液态路线直接一步制备，包括粉末、多孔膜、功能涂层、柔性Janus结构，以及结构定制化的宏观三维石墨烯材料，展现出巨大的研究价值与应用前景。图1 激光诱导石墨烯材料从液态前驱体直接合成　　此外，制备得到的三维石墨烯材料的功能组分也具有高度的可控性。得益于液体良好的兼容性，功能性的有机或无机填料可以直接混入液态前驱体中，并在激光的辐照下原位形成石墨烯基复合材料，实现包括杂原子掺杂、金属纳米粒子掺杂、金属氧化物纳米粒子掺杂以及其他功能性组分的掺杂等（如图2所示）。比如，将多种金属有机化合物与液体共混之后进行激光辐照可以得到高熵合金掺杂石墨烯材料。其中，高熵合金以纳米粒子的形式均匀分布在三维石墨烯的多孔骨架表面，其粒径和含量则可以通过前驱体的掺杂比例灵活调节。图2 三维石墨烯功能复合材料的制备表征　　值得一提的是，文中还提出了一种全新的3D打印原理（Selective Laser Transforming，SLT，如图3所示），即通过对液态前驱体的逐层转化实现对石墨烯材料三维结构的定制化构造，对于当前极为有限的碳材料3D打印技术做出了重要的扩充。由于不熔不溶不聚合，开发适用于碳材料的3D打印技术长期以来被视为一项巨大的挑战。而与现有的打印策略相比，除了在原理上具有本质的不同之外，这种通过面单元原位生长的打印方式最大的优势在于打印过程简单高效以及打印得到的产品具有高结构连续性。SLT打印过程不仅避免了传统的高耗能高污染的氧化石墨烯的制备，得到的打印产物也无需额外的高温退火还原过程。打印产物的电导率和强度更是分别达到了4380 S/m和4.4 Mpa，明显优于传统的3D打印石墨烯材料。图3 全新的SLT石墨烯3D打印技术　　相关结果以“Direct Conversion of Liquid Organic Precursor into 3D Laser-induced Graphene Materials”为题在材料领域顶级期刊Advanced Materials上在线发表。本工作得到了国家自然科学基金（52003282、U1909220）、浙江省杰出青年基金（LR20E030001）和浙江省领军型创新团队项目（2021R01005）的支持。　　原文连接：https://doi.org/10.1002/adma.202209545

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 莱斯大学的科学家已经为电子应用制造了一种更好的环氧树脂。在化学家James Tour的Rice实验室发明的环氧树脂与“超级”石墨烯泡沫材料相结合，比纯环氧树脂坚固很多，比其他环氧树脂复合材料导电性能更好，同时保持了材料的低密度。通过添加导电填料，可以改善目前使用中会削弱材料结构的环氧树脂。美国化学学会杂志期刊ACS Nano详细介绍了这种新材料。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 环氧树脂本身是绝缘体，通常用于涂料、粘合剂、电子、工业工具和结构复合材料中。通常添加金属或碳填料用于需要导电性的应用，如电磁屏蔽应用。但需要权衡的是：更多的填充物以重量和抗压强度为代价带来更好的导电性，而复合材料变得更难加工。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 莱斯（Rice）实验室的解决方案用一种由纳米级石墨烯制成的三维泡沫取代金属或碳粉，石墨烯是只有一个碳原子厚度的碳薄片。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " Tour实验室与莱斯大学的材料科学家PulickelAjayan、RouzbehShahsavari，北京航空航天大学的娄军和肇研合作，从环氧树脂注入三维支架的项目中汲取灵感，包括石墨烯气凝胶，泡沫和各种工艺的支架。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 新方案技术用聚丙烯腈（PAN）制成更强的支架，聚丙烯腈是一种粉末状聚合物树脂，用作碳源，与镍粉混合。在四步过程中，他们冷压材料使其致密，在炉子中加热使PAN变成石墨烯，化学处理所得材料以去除镍，并使用真空将环氧树脂拉入现有多孔材料中。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “石墨烯泡沫是单层石墨烯，”Tour说。 “因此，实际上，整个泡沫是一个大分子。当环氧树脂渗透泡沫然后硬化时，由于嵌入的石墨烯支架，环氧树脂在一个位置中的任何弯曲都会在其他位置处对整料施加应力。这最终会使整个结构变硬。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 据研究人员称，这种泡沫含量为32%的球形复合材料密度略高，但电导率约为每厘米14西门子(电导率或反向欧姆的衡量标准)。泡沫不会增加化合物的重量，但使其抗压强度是纯环氧树脂的7倍。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 石墨烯和环氧树脂之间的简单互锁也有助于稳定石墨烯的结构。Tour说： “当环氧树脂渗透石墨烯泡沫然后硬化时，环氧树脂被捕获在石墨烯泡沫的微米大小的区域。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 实验室通过将多壁碳纳米管混合到石墨烯泡沫中来提高赌注。研究人员称，纳米管充当与石墨烯结合的增强材料，使复合材料的硬度比纯环氧树脂高出1732％，导电性能提高近三倍，约为41西门子(Siemens)/厘米，远远高于迄今报道的几乎所有基于支架的环氧树脂复合材料。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " Tour预计该工艺流程将针对工业规模进行扩展。 “人们只需要一个足够大的炉子来生产最终的部件，”他说。 “但一直都是这样的，通过冷压，然后加热来制造大型金属零件。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 他说，这种材料最初可能会取代碳复合树脂，这种碳复合树脂用于预浸渍和加固从航空航天结构到网球拍等材料中的织物。 /p

太空环境由极端温度、真空、微流星体、太空碎片和太阳黑子活动引起的大变化组成。航天器和航天系统的设计和建造很大程度上依赖于这些参数。暴露在这些恶劣环境下的系统表面由于原子氧的存在而产生破损。因此，高强度和刚度的先进工程材料使20世纪的月球探索时代成为可能，人类探索火星和更远的目的地将需要新一代的材料。20多年来，在纳米尺度(一维小于100nm)合成和加工材料的独特性能吸引了各行各业的关注，这些特性包括大表面积、高纵横比、高各向异性、可定制的电导率和导热系数以及独特的光学特性等。这些特性可用于制备高强度、轻量化和多功能结构、新颖的传感器以及具有高度可靠的环境控制能力、能够屏蔽辐射的储能系统。可持续技术改进的交织性质使纳米材料成为航空航天应用的理想材料。纳米材料可以集成到复杂的航空几何结构中，减少制造技术中的废物产生。这也可用于轻量化和无需耗时维护的机身和结构的设计。石墨烯结构由单层厚度的六方晶格碳原子组成，具有高强度、高刚度、低密度、高电导率和导热率。石墨烯具有高的载流子传输速率，表现出比铜导体好的导电性，比硅半导体更好的材料。石墨烯基复合材料应用于航空航天工业，能有效地减轻重量，提高材料强度，从而减少排放，减少燃料消耗，最终实现更绿色和更清洁的环境。以石墨烯为基础的先进纳米材料在航空工业中，得到了广泛的认可和应用。本文主要从以下三方面进行综述: （1）简述石墨烯结构及其性能特征；（2）主要介绍石墨烯在空天推进和动力领域的热门应用方向，例如复合推进剂，热管理，电极材料，光帆材料等方面；（3）石墨烯未来在空天领域的应用前景和挑战。一、石墨烯结构及其特性石墨烯由单原子厚度的sp₂杂化碳原子同素异形体组成，呈二维(2D)平面蜂窝状晶格。也是构成石墨、碳纳米管、富勒烯等多种碳的同素异形体的基本单元。如图1所示，具有二维碳原子结构的石墨烯，可以通过堆叠形成三维的石墨，也可通过卷曲形成一维的碳纳米管，或者通过包裹形成零维的富勒烯。图1 （a）石墨烯及碳的同素异形体；（b）石墨烯的晶格结构，属于相邻两个碳格A和B的碳原子以圆点表示；（c）石墨烯的能带结构；（d）石墨烯起伏表面模型图。早在1940年，就有理论认为，二维的石墨烯处于非稳定热力学状态，无法在有限温度下自由存在。因此，一直仅是一个学术概念。直至2004年，曼彻斯特大学利用简单的机械剥离方法成功获得单层石墨烯，从而证实它可以稳定存在。石墨烯的蜂巢晶格结构由密集分布在六边形点阵上的碳原子构成，原子排列十分紧密。碳原子以sp₂电子轨道杂化，在平面内形成3个σ键，键角120°，键长约为0.142nm（图 1(b)），2pz轨道电子在垂直于平面方向形成大π键。石墨烯具有特殊的能带结构，由简单的紧束缚模型可以计算得出，它的导带（π*带）和价带（π带）在布里渊区的两个锥顶点K和K´交于一点，称为Dirac点，进而形成圆锥状的低谷。同时，通过观测发现，石墨烯并不是一个完美的平整的二维结构，而是在微观状态下表现出一定的起伏（图 1(e)），这也被认为是石墨烯能够在室温下自由稳定存在的原因。由于其优异的化学稳定性、高载流子迁移率、低密度和光学透明度等特性，在传感器、光子和电子器件等领域被认为是一种很有前景的材料。这一新型碳材料也从此开辟了一个崭新的研究方向，以其令人兴奋的独特性质，涉及的领域覆盖化学、力学、医学、电子智能及众多交叉学科，并由此创造了潜在的巨大经济价值与广阔的应用前景。二、石墨烯在空天推进领域热门应用方向航空航天应用历来是先进材料的驱动力，从太空飞行器的强化碳-碳热保护系统到先进的推进动力系统。只有工程纳米材料的应用才能满足需求，使得航空航天发展更进一步。（一）复合推进剂石墨烯的应用目前也已经扩展到复合推进剂领域，主要用于提高推进剂的热分解、导热以及力学性能。研究最多的就是复合固体推进剂含能组分的热分解，分解速率的提升对于提高推进剂的燃烧性能至关重要，而热分解又主要依赖于催化剂体系。传统上广泛使用的催化剂主要是一些过渡金属及其氧化物。它们的催化能力依赖暴露出来的金属活性位点的数量，然而其往往容易发生团聚，降低催化活性。为了克服这一问题，纳米碳材料已经被广泛作为催化剂载体，以抑制催化剂颗粒的团聚，提高其催化能力。以石墨烯为基底负载无机纳米颗粒的方法主要有非原位复合和原位复合。非原位复合是将预先制备好的纳米颗粒直接附着在石墨烯上，但是由于兼容性问题以及改性剂可能影响到与含能材料之间的相互作用，所以以原位复合方法制备复合推进剂的方法研究的较多。原位复合是通过在石墨烯表面上由各种前驱体制备出纳米颗粒的方法。根据制备手段不同原位复合可以分为还原法、电化学沉积法、水热法、溶胶-凝胶法。石墨烯原位复合纳米材料的制备方法中，电化学沉积法、溶胶/凝胶法由于工艺复杂或原料昂贵，不适合大规模生产。水热法相对于化学还原法的优势在于避免了还原剂的使用，还可以负载金属氧化物纳米颗粒，纳米颗粒分散度高，粒径小且对负载纳米颗粒的性状调控性更强。在实际应用中，根据负载的燃烧催化剂选择不同的方法制备。DEY等采用微波法制备了直径约20~30nm的Fe₂O₃粒子均匀分散在石墨烯片上的Fe₂O₃/Graphene复合粒子，作为AP的催化剂，并对其催化性能进行研究。研究发现，随着Fe₂O₃/Graphene含量的增加，催化作用也明显增强，同时指出Fe₂O₃/Graphene能够有效加快AP系推进剂的燃烧速率。复合固体推进剂的导热问题是导弹、火箭系统安全性与可靠性研究中的重要问题。一方面，由于推进剂不可避免地需要承受极端恶劣和复杂的温度环境，温度的变化很容易导致内部应力的产生；另一方面，导热系数对推进剂的点火和燃烧性能具有关键性的作用。以高分子粘结剂为基体的复合固体推进剂导热系数通常较低，这使得其在承受大幅度温度冲击时，热量无法快速传递，导致装药内部温度分布不均匀或呈梯度分布，进而产生严重的内部热应力，直接引起内部裂纹甚至结构破坏。石墨烯由于具有极高的导热系数和较轻的质量，目前已经广泛作为导热填料用于复合材料。这种具有二维结构的新型轻质碳材料实际上已经在含能材料导热性能的提升方面发挥了作用，如对于高聚物粘结炸药导热系数的提升。张建侃等总结了石墨烯应用于固体推进剂的研究进展的基础上，提出非氧化石墨烯由于导热系数高，适合经非共价改性后分散于推进剂基体中，增强基体的导热性能。此外，复合固体推进剂力学性能的不足将导致药柱无法承受冲击、振动、过载等复杂载荷的作用，进而产生裂纹，增大燃烧面积，引起发动机内压升高，甚至导致爆炸。为了提高复合推进剂的力学性能，在基体中添加纳米材料已经成为提高推进剂力学性能的重要手段。文献指出，石墨烯应用于复合推进剂，可以有效增强推进剂的力学性质。（二）热管理石墨烯纳米材料目前正被纳入各种航天热防护材料和热管理，以提高在各种气或热流动条件下热稳定性和机械完整性的极限。为特殊航天任务材料系统提供多功能的研究也在进行中。由于航空工业的发展，复合材料基体的耐热性和烧蚀性能提出了更高的要求。由于树脂具有良好的加工工艺等性能，被广泛用作耐烧蚀材料的主要基体。为了进一步改善烧蚀材料的性能，石墨烯由于其独特的结构，表现出优异的热稳定性能、力学性能、导电性能等特点，是制备先进复合材料的理想增强体。这些复合材料用于高超声速飞行器前缘的热保护系统、火箭喷管和固体火箭发动机的内部绝缘以及导弹发射设施结构。研究发现，氧化石墨烯/酚醛树脂/碳纤维复合材料的热稳定性和烧蚀性能得到了显著提高，这是因为GO在聚合物基体中的分散良好，GO与酚醛基体之间的界面相互作用强，以及热解后的层状碳结构。与其他样品相比，GO含量为1.25%的样品在烧蚀率、热扩散率和热稳定性方面表现最佳。该复合材料在不同温度下具有恒定的热扩散率，炭产率和烧蚀率分别提高了10%和51%。MA等为了提高碳纤维/ 酚醛复合材料的烧蚀性能，采用纳米填料对纤维增强体界面进行改性。首先，通过将低浓度的GO（0.1%）加入到碳/酚醛（CF/PR）中，结合实验和计算分析氧化石墨烯（GO）对提高复合材料抗烧蚀性能。氧化石墨烯填充复合材料在热阻方面的优势与氧化石墨烯的加入提高了PR的炭收率和纤维的石墨化。分子动力学模拟表明，即使浓度很小，基体内的氧化石墨烯也可以作为炭化PR石墨化晶体生长的核剂。在极端烧蚀温度下，纤维-基体界面处的氧化石墨烯可以与纤维结合。促进了石墨烯-纤维界面stone-throwing-wales缺陷(xy平面)和sp₂杂化(z方向)的形成，进一步提高了纤维的石墨化程度。文中还研究了两种纳米材料填充 CF/PR复合材料的界面、热性能和烧蚀性能。特别是，氧化石墨烯（GO）和石墨氮化碳（g-C3N4）被用于生产低负载（0.1%）的复合材料。通过氧乙炔火焰试验研究了复合材料的烧蚀性能。石墨烯填充和g-C3N4填充复合材料的抗烧蚀性能比原始复合材料分别提高了62.02%和22.36%，线性烧蚀速率的降低是导热系数、烧焦层和纤维石墨化程度共同作用的结果。氧化石墨烯填充复合材料的机理是氧化石墨烯可以显著提高纤维表面的石墨化程度，并进一步提高其抗高温烧蚀的耐热性。而在g-C3N4填充的复合材料中，较厚的纤维直径和烧蚀区炭化层可以分散可燃气体，提高抗氧化性能。此外，将石墨烯均匀地分散在丁苯橡胶基体中，显著提高了聚合物基纳米复合材料的抗烧蚀性能。多孔结构在烧蚀试验过程中形成，它增强了蒸腾和蒸发过程，降低了背面的温度升高。橡胶复合材料的极限拉伸强度和橡胶的肖氏硬度A得到有效提高，而断裂伸长率随着填料与基体比的增加而降低。与有机硅、天然橡胶和乙丙橡胶纳米复合材料相比，丁苯橡胶复合材料在暴露于超高温和剪切流后显示出很好特性。ARABY等制备了苯乙烯-丁二烯橡胶和石墨烯聚合物纳米复合材料。当纳米颗粒含量达到10.5%阈值时，产生导热和界面通道，此时导热系数最高。此外，如图2所示，辐射冷却正在成为一种越来越有吸引力的被动热管理方法，它利用周围环境中的光谱辐射特性。通过机械可重构石墨烯的选择性中间膨胀发射率控制，其中机械拉伸和释放会引起石墨烯的受控形态变化。利用太阳光谱吸收太阳辐射加热（从200nm~2.5μm，可见到近红外波长）并利用大气透射窗口（从8μm~14μm，中红外波长），通过将热量重新发射到外层空间来冷却表面。用于航空航天应用的系统和表面需要动态温度控制以获得最佳系统性能，同时满足个人舒适度和维护设备功能的热需求，并避免过热。能够在不同光谱范围内加热和冷却否定了使用具有相当均匀的高或低发射率值的传统材料，并且由于缺乏对发射率的动态调制，可调节温度的需要是刚性冷却表面无法实现的。同时，由于石墨烯良好的导热性，基于废热反射导热的石墨烯散热器在空间光伏聚光器上得到了应用，不仅降低了成本，在降低质量密度，比功率的提升方面都起到至关重要的作用。图2 （a）基于皱褶石墨烯的选择性发射；（b，c）褶皱节距的变化可利用太阳辐射和大气窗口来辐射冷却（10 μm）和加热（290nm）。（三）电极材料目前，小型化、自动化、以功能为中心的设备的快速发展，使星际任务和近地空间探索的实现更近一步。先进的纳米结构材料的引入促进了全球智能多样化的平台在电力、仪器和通信方面取得进步。然而，仍然缺乏高效可靠的推力系统，能够在长期部署期间支持小型卫星和立方体卫星的精确机动。此外，航空和空间系统需要可靠的电力生产、存储和传输，无论是短期还是长期活动。现有的能源系统正在被纳米材料创新所取代或补充。以石墨烯为基础的更好的工程纳米材料正在不断改进。MARKANDAN等使用氧化铝增韧氧化锆（ATZ）作为结构材料制造了一个微型推进器，氧化钇稳定氧化锆-石墨烯（YSZ-Gr）作为电极材料。YSZ-石墨烯不仅可以作为电解分解硝酸羟铵溶液的电极，还可以起到阻尼作用。这种微型推进器作为主推进系统具有潜在的应用，可用于卫星星座编队飞行中的快速轨道转移。离子推进器阴极（如图3（a）所示）的关键挑战在于减少或完全消除阴极的推进剂消耗，显著提高阴极的使用寿命，以及减少白炽部分的热损失。通过使用纳米多孔材料、纳米管和石墨烯，可以确保减少气体消耗。这个问题的最佳解决方案是通过使用高发射材料和表面结构完全消除通过阴极的气体通量。垂直排列的石墨烯薄片显著提高推进器效率的，作为无推进剂体系下的良好候选者而备受关注，如图3（b）所示。图3 （a）常用的热发射阴极示意图；（b)纳米多孔材料，垂直排列的石墨烯薄片直接生长在纳米多孔氧化铝上（比例尺：200nm）。（四）光帆材料基于石墨烯的轻型帆的推进系统因其灵活性和无需携带燃料这一特性而成为行星际和星际任务的候选技术。轻型航行也是唯一现存的空间推进技术，可以让我们在人类的一生中访问其他星系。为此举办的蜻蜓计划竞赛，就旨在评估激光驱动的光帆星际探测器发送到另一个恒星系统的可行性。这种大规模光操纵石墨烯光帆对实现星际探索和直接空间运输是具有深远意义的。如图4（a）所示，ZHANG等使用大块石墨烯泡沫在宏观尺度上观察到其直接光推进。这种三维石墨烯材料的新形态，使其不仅能够吸收不同波长的光，而且可以使用瓦级的激光，甚至阳光，按照一种新颖的光致电子喷射机制，直接推进到亚米尺度。如图4（b）所示，GAUDENZI与其合作伙伴制作了由铜网格支撑的石墨烯微膜二维帆叶，并在微重力环境下测试了光诱导位移。提出的材料设计消除了帆所需的光学和机械性能，从而大大降低了帆的总质量，并为利用石墨烯机械强度的高反射2D帆打开了大门。此外，PERAKIS等设计了石墨烯作为夹层的低密度和高反射率的三明治轻帆，达到指定加速度比目前最先进的镀铝的聚酯薄膜太阳帆材料性能更好。图4（a）石墨烯海绵在激光照射下向上推进和光致旋转示意图；（b）帆在激光照射下的垂直位移，显示了帆在微重力和真空中的不同位置(侧视图)：释放后(左)和在450nm、100mW的激光下加速350ms后（右） 。（五）其他领域由于太空环境由极端温度、真空、太空碎片和太阳黑子活动引起的大变化构成，那么先进的纳米复合材料被用于航空航天飞机结构和太空环境恶劣气候的涂层以及微电子系统的开发就变得非常的有意义。石墨烯霍尔效应传感器具有低热漂移，适用于航空航天应用的电力电子模块中的电流实时监测，可在高达500K的温度下工作。随着温度的升高，临界电子性质的变化，特别是载流子浓度和载流子迁移率的变化，这些参数是受实现传感器的石墨烯层狄拉克点Dirac点所独特影响的。利用门控优化石墨烯霍尔传感器可以实现低温度系数下的高灵敏度霍尔效应测量。此外，在其他星球上的生境开发受到多种标准的制约，其中之一就是空间碎片的撞击破坏。Kuzhir在纳米级厚度的铜催化剂膜和介质SiO₂基底之间通过催化化学气相沉积工艺合成Ka波段多层石墨烯薄膜，石墨烯薄膜的厚度由原子力显微镜直接表征，仅显示了样品上纳米级的小波动。所研究的薄膜厚度不超过5nm，且有一定的粗糙度。石墨烯只有千分之一的皮肤深度，吸收损耗造成的电磁屏蔽效率非常高，达到35%~43%的入射功率水平上。制造的石墨烯薄膜在室温下具有高度的导电性，在可见的范围内具有非常高的透明性，并具有非常好的热学和力学性能，可能成为制造纳米级厚度的电磁干扰防护涂层的有趣的技术材料。此外，特殊的三维导电链结构对轻质，柔性的导电纳米复合材料具有很强的吸引力，尤其是在降低材料的制造价格和良好的加工性能方面。聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料通过将石墨烯排列成仿珍珠层状序列三维结构，在石墨烯含量不足的情况下表现出更高的力学性能、各向异性电导率和优越的电磁辐射屏蔽效率。掺杂0.4%质量分数的导电颗粒电磁辐射屏蔽效率达到42dB，沿排列方向的电导率为32S/m。在2500 ℃下热处理气凝胶后，聚合物纳米复合材料的电磁辐射屏蔽效率和电导率分别变化为65dB和0.5S/m。在0.15%的超低浓度，热处理温度800℃条件下，其电磁辐射屏蔽效率可达25dB。表明各向异性石墨烯/PDMS层板在超低石墨烯含量下通过结构调控获得了更高的电磁屏蔽效率。环境控制和生命支持系统技术是纳米材料的沃土，长期的人类太空探索带来了最大的挑战。无论是在相对安全的低地球轨道内的短期任务，还是艰难的长期任务，如前往遥远的星球。可靠的空气、水和食物供应；废物管理系统；功能性的可居住空间都是必不可少的。包括在国际空间站上的低轨道运行，已经为生命支撑技术提供了一个有用的试验场，随着航天国家为前往火星等目的地的长期任务做准备，在低轨道运行中测试技术被认为是一项重要的指标。目前的生命支撑技术的可靠性和性能相对较差，需要采用高比表面积和导电纳米材料作为提高系统整体性能的途径之一。碳纳米管仲胺功能化以实现二氧化碳去除，这是生命支持技术不可或缺的功能，并解决当前系统的局限性，包括可再生性和高功耗。在最好的条件下，水的净化和回收是具有挑战性的，但微重力环境的增加和多年耐用性的必要性推动了基于纳米材料的水过滤系统的几个例子。富勒烯在水净化方面已显示出非常好的前景，美国宇航局赞助的使用碳纳米管的纳米级过滤技术已发展成为一种商业产品。尽管可扩展性仍然存在问题，但多孔石墨烯是一种积极研究的水过滤材料，吸引了大量的关注，如图5所示。图5 （a）纳米多孔石墨烯水脱盐示意图；（b）具有亲水键的纳米孔示意图。三、结束语本文首先对石墨烯的结构和理化性质进行了介绍，并简要阐述各性能在具体应用中的重要作用；然后，综述了石墨烯纳米材料在航空航天领域的各方面（复合固体推进剂、热管理和智能光帆等）前沿领域的应用现状。石墨烯及其复合材料的制备已得到较快发展。其中，石墨烯在复合固体推进剂中的应用目前主要集中在提高推进剂含能组分的热分解和燃烧性能方面，而在导热和力学性能方面的研究则相对较少，且制备方法单一，以简单的共混为主，缺乏针对性的设计和性能的控制。而且对石墨烯的性能增强机理缺乏深入的分析。在热管理方面，导热系数、产炭性能和纳米颗粒分散对聚合物纳米复合材料的烧蚀性能和绝缘性能都有影响。酚醛树脂仍然是这一应用中被广泛研究的聚合物，纳米陶瓷颗粒与碳基的复合纳米填料的结合似乎是下一个热管理趋势。此外，在太空电力推进领域，新型石墨烯基纳米材料和微电子机械系统支持的离子液体推进器解决方案，这是为微加工和纳米结构推进器阵列的实现提出了方案。另外，一种可能的低成本，高时效的纳米制造工艺，用于飞机储能和生命支持设备。与传统解决方案相比，这些纳米复合材料应用了纳米材料的整合，并与太空任务和探索计划相结合，可以节省成本和时间。石墨烯在很多领域的研究仍处于探索阶段，石墨烯材料在极端环境中的行为将扩大我们的基本理解和潜在应用，将促进人类在太空的探索。石墨烯基纳米材料未来的研究重点需要着眼于以下几个方向：（1）一种降低开发成本的潜在解决方案是创新材料-建模和模拟与实验测试和表征方法相结合，可以降低开发和鉴定成本。将有助于跨越纳米工程材料的性能转化为宏观尺度上的现实。（2）大规模构造石墨烯材料的集成方法，以保持在石墨烯纳米尺度上注意到的性能和批量实现。它们占地面积小，功耗低，耐辐射，非常适合太空应用。（3）将纳米石墨烯材料集成到最先进类型的电力推进装置中，利用纳米材料的独特特性，提高其效率和使用寿命。另外，进一步创造出一个自适应（自清洁表面，自愈合修复机制，自我愈合）推进器。

据最新报道，中国《石墨烯材料的术语、定义及代号》国家标准已基本完成制定工作，正在报批程序中。　　在最近召开的中国石墨烯产业技术创新战略联盟2016年会上，工信部原材料司副司长苗治民指出：“石墨烯检测和标准的建设应该加快，尤其是标准领域可以加快国际标准机构的衔接，还有国标委的衔接，我们都愿意加快推进这项工作，使标准尽快制定出来。”可见，石墨烯产业的国家标准推出已近在眼前。　　另外，“2017(第四届)中国国际石墨烯创新大会”将于明年9月24日-26日举行，为石墨烯领域高规格国家级别峰会。石墨烯产业国家标准推出已近在眼前　　石墨烯专利诉讼或增加 行业标准出台迫在眉睫　　石墨烯产业技术创新战略联盟专利委员会主任刘兆平在2016年专利工作报告中预计，未来三到五年很可能会爆发涉及石墨烯技术的专利诉讼 从现在的专利数据分析来看，中国在石墨烯领域专业数量多，但是核心专利太少，特别是石墨烯源头方面的专利太少。　　据了解，下周有关石墨烯的首个诉讼案件将会发布。这将对中国石墨烯产品商标品牌敲响了警钟。　　刘兆平说：“根据德文特的专利数据库，2015年4月份全球公开的石墨烯方面专利有1.4万件 截止到12月6号上升到2.7万件，增长一倍。中国的专利在2015年4月份是8000件，到现在具体的数字是16844件，占了全世界的60%。”　　中国石墨烯领域专业数量多，问题也不能忽视。刘兆平说：“按照专利数据分析来看，石墨烯领域仍然是高速发展的板块。中国的石墨烯专利数量超过日本、韩国甚至美国，但是仔细分析专利的质量就会发现，中国申请的专利真正核心的不多，源头上的太少。” 刘兆平总结说：“中国的专利真正管用的太少的。一旦有专利方面的纠纷，对中国非常不利，现在应该有应对的措施。”　　因此，现在石墨烯产业技术创新战略联盟在2017年的工作计划中包括：对石墨烯技术进行全球范围的专利检测分析，了解美国、日本和韩国等发达国家跨国公司的专利申请保护策略和技术路线的发展状况，撰写2017年的石墨烯专利技术分析报告，在此基础上开展石墨烯技术的专利分析预警工作，为中国的石墨烯企业制定研发战略产业的风险，包括对专利布局提供指导。　　首家石墨烯众创空间正式启动 地方石墨烯标准相继落地　　在国家相关部委、北京市委市政府的大力支持下，由中国石墨烯产业技术创新战略联盟打造的第一家集产品展示、体验、销售、合作于一体的“清创华清石墨烯众创空间”正式启动。　　按照规划，在未来二年内联盟将在国内外设立100家“石墨烯众创空间”，进一步整合及协调产业、社会资源，提升石墨烯产业的产品开发、制造、服务水平，推动石墨烯产业快速发展。　　石墨烯系列地方标准近期已经发布，包括五项，分别是《石墨烯三维构造粉体材料的检测与表征方法》《石墨烯三维构造粉体材料名词术语和定义》《石墨烯三维构造粉体材料生产用聚合物》《石墨烯三维构造粉体材料生产技术》和《石墨烯三维构造粉体材料生产用高温反应炉的设计规范》。　　上述标准是在中国率先发布的石墨烯系列地方标准，并首次明确了石墨烯三维构造粉体材料的名词术语，首次规范了石墨烯三维构造粉体材料的原料、技术、生产装备及检测方法。

p style=" text-indent: 2em " 中科院上海硅酸盐研究所首席研究员黄富强带领的团队近日成功研发出治污新材料，光照2周内，可明显改善水质，帮助污水变清。相关成果今年初获“国家自然科学奖”二等奖，现已在上海、安徽、江苏等地成功示范。 /p p style=" text-indent: 2em " 黄富强介绍，新材料由三维石墨烯管和黑色二氧化钛混合而成，其原理是“物理吸附+光化学催化降解”。三维石墨烯管负责牢牢“抓住”有毒有机物，黑色二氧化钛作为光催化剂，可吸收高达95%的全太阳光谱，把有毒有机物降解为二氧化碳和水。 /p p style=" text-indent: 2em " 过去一个月，团队在上海、安徽、江苏等地共铺设新材料光降解吸附网3000多张，覆盖水域近4万平方米。 /p p style=" text-indent: 2em " 在上海天山公园和中山公园，周围居民反映，湖底淤泥深厚，气味腥臭，湖面常有死鱼漂浮。将涂覆有新材料的光降解吸附网铺在湖面后，不动水底淤泥，吸附网就能将有机物分解为二氧化碳和水，进而提高水体含氧量，增强水体自净化和生态修复能力。上海轻工业环境保护技术研究所检测中心和江苏省环境科学研究院环境工程重点实验室的检测结果显示，治理仅7天后，化学需氧量、氨氮、总磷等代表性指标均从劣五类水改善至五类水以上。 /p p style=" text-indent: 2em " 在安徽省合肥市肥东县，团队对定光河污染较严重的中上游河段进行了治理。肥东县环保局水环境管理科主任薛铁成说，定光河是典型的复合污染河道，这次治理后，各项水质指标提升60%以上。 /p p style=" text-indent: 2em " 据介绍，新材料还可降解印染废水、制革废水等工业污水，高效吸附其中有毒重金属，添加1克多孔新材料可吸附1.476克铅离子，简单酸化处理后，可被加工成高附加值材料。目前该成果已走出实验室，实现规模化制备，获得发明专利50多项。 /p

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

2018年10月24-26日，“北京石墨烯论坛2018暨北京石墨烯研究院揭牌仪式"正式举办。北京石墨烯研究院的成立，旨在打造未来石墨烯产业的基石和核心竞争力。 研究院技术研发与产业化并重，通过融通政产学研，建设具有全球竞争力和可持续发展的石墨烯产业航母。 石墨烯良好的材料性能和巨大的市场潜力，吸引了世界各国相继投入大量的资金进行与石墨烯相关的研究，技术成果表现十分优异。 纵观市场发展现状，外企仍然占据全球石墨烯产业链关键环节，在石墨烯制备技术，复合材料、核心电子元件等应用产品保持领先优势。 回顾国内，在国家层面的政策引导下，石墨烯统规划明显加速，产学研合作贯通产业链条，应用领跑国际，石墨烯技术正逐步走近生活。 2018年以来，石墨烯领域技术创新步伐持续提速，先进成果涌出不断。德国、美国科学家合作，首次合成具有拓扑性质的石墨烯纳米带，可用于设计无耗散的电子器件。中国科学院力学研究所系统研究了三维石墨烯泡沫的导电性能，该工作将促进该材料在功能器件方面的应用。中国科学院大连化学物理研究所开发出高比能全固态平面微型超级电容器，为高效制备掺杂石墨烯和高性能微型超级电容器提供了新策略。 来亨科学仪器再次祝贺北京石墨烯研究院的成立,并在石墨烯干燥环节贡献自己的一份力量。

冠亚电池水分测定仪参与华为石墨烯电池研究 原标题：华为石墨烯电池研究获突破：寿命是锂离子电池2倍 12月1日消息，近日，华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破，推出业界高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。　　华为瓦特实验室首席科学家李阳兴博士指出，石墨烯基高温锂离子电池技术突破主要来自三个方面：在电解液中加入特殊添加剂，除去痕量水，避免电解液的高温分解；电池正极选用改性的大单晶三元材料，提高材料的热稳定性；同时，采用新型材料石墨烯，可实现锂离子电池与环境间的高效散热。　　“高温环境下的充放电测试表明，同等工作参数下，该石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃； 60°C高温循环2000次，容量保持率仍超过70%；60℃高温存储200天，容量损失小于13%”， 李阳兴博士表示。　　这一研究成果将给通信基站的储能业务带来革新。在炎热地区使用该高温锂离子电池的外挂基站工作寿命可达4年以上。石墨烯基锂离子电池也将助力电动车在高温环境下持久续航，以及无人机高温发热下的安全飞行。　　去年，华为瓦特实验室在第56届日本电池大会（The 56th Battery Symposium in Japan）上发布了5分钟即可充满3000mAh电池48%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注。据李阳兴博士透露，华为快充电池已经商用，并将于今年12月底正式对外发布超级快充手机。 期间冠亚电池水分测定仪参与华为电池研究（代工厂）部分实验，冠亚电池水分仪系列包括有：电解液水分含量检测仪,特殊添加剂固含量检测仪,电池正极水分测定仪,石墨烯水分仪,锂电池水分仪等。采用国际标准方法可对电池材料水分含量在2-3分钟之内测试完。水分含量下限10ppm，检测方便科学精准，是电池厂商，实验室，检测部门的水分检测仪。

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-indent: 2em " 近日美国能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室和法国诺贝尔物理学奖获得者Albert Fert合作完成了一个科研项目。他们将单层的石墨烯和薄层磁性材料（钴和镍）结合在一起，改变了材料电子结构，产生独特的自旋性能，使它能在非常小的体积下快速高效地存储传输数据。这为下一代计算发展奠定了高速储存技术基础。 /p p style=" text-indent: 2em " 因为对多层材料的磁性效应研究做出突出贡献，Albert Fert在2007年获得诺贝尔物理学奖。也正因为他，读取硬盘驱动器数据的新技术才得以问世，之后这种技术得到开拓发展，逐渐引出一个新的研究领域——“自旋电子学”。通过研究如何控制利用 “自旋”电子的基本属性，科学家们试图开发出一种用于计算机的新型低耗能、高速存储运算技术。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 那究竟什么是电子自旋呢？伯克利国家实验室的科学家Andreas Schmid解释说：“在量子物理学的概念里，电子就像是罗盘的指针，会指北或指南，这种特性就是自旋。” & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 而石墨烯和磁性层之间又是如何相互影响的呢？研究人员发现，材料的电子和磁性会在层相遇的地方形成微小的漩涡模式，这为控制这些漩涡方向以及在超薄材料中利用这些“自旋轨道”效应提供了可能。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 通常情况下，希望利用这一效应的研究人员会将重金属或贵金属（如铂和钽）与磁性材料结合在一起。但石墨烯的出现成为了一种具有革命意义的潜在替代品，因为它又薄又轻，具有非常高的导电性，并且还可作易腐蚀磁性材料的保护层。这完全满足科学家们对“自旋电子学”的研究初衷，能够实现在非常小的体积下快速高效地存储传输数据，并且不会产生热量积聚，这个特征能解决当前小型计算设备最常见的高温难题。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " Andreas Schmid说：“你可以想象未来我们不再需要电脑移动硬盘，我们仅仅用几个电信号就可在其他固态设备中存储信息。在这种情形下，计算功耗会降低，而且数据存储的易失性问题也可解决，毕竟‘硬盘’不再移动。” & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 目前他们的最新研究成果已经表明，实现这一应用的曙光就在眼前，下一步该做的是控制一种纳米磁性特征——斯格明子（skyrmions，专业解释见文末），它可以使材料的结构表现出特定的手性特征，使它们可以顺时针或逆时针方向旋转。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 在传统的层状材料中，电子在材料中的传播模式就像风吹一样，一波连着一波，如果想改变磁结构，就会像强风吹动一堆叶子一般。但这种石墨烯层状材料的却相反，由于“自旋霍尔效应”（专业解释见文末），新的石墨烯层状材料中的强电子自旋效应可以驱动相反手性的不同方向的磁性结构，这解释了电流如何影响自旋，反之亦然。如果这种手性可以通过一种材料普遍对齐，并以受控方式翻转，研究人员就可以用它来处理数据。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " Schmid补充说：“我们的团队成员通过计算表明，如果采用不同的磁性材料和石墨烯结合，并构建多层堆叠的结构，那么这种现象和影响会被非常有力地放大。” & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 为了测量多层材料，科学家在伯克利的国家电子显微镜中心用上了最高端的仪器——自旋极化低能电子显微镜（SPLEEM）。这是世界上仅有的一些专用设备之一，能以标样为基准映射出样品的三维磁化轮廓（或矢量）的方向，揭示其“旋转纹理”，让科学家获得不同种类的图像。同时该研究小组还用这台仪器的分子束外延功能精确地制备了样品，并使用其他形式的电子束探测技术研究样品。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 作为共同主要作者的Gong Chen是伯克利国家实验室的博士后研究员，现在也是加州大学戴维斯分校物理系的项目助理科学家，他表示，为这次合作早在2016年就和法国的科学家召开过一次会议，他们两个团队之前都独立开展了类似的研究，后来终于实现了协同合作。 & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " Chen说：“尽管本次最新实验中观察到的结果早在几十年前就被讨论过，但使用像石墨烯这样原子级薄的材料代替重元素来产生这些效应，不管从哪个角度来说都是一个新概念。薄膜的自旋霍尔效应长期以来一直被科学家们忽视，但事实上这种类型的多层堆叠非常稳定和坚固。”& nbsp /p p style=" text-indent: 2em " Schmid也说：“应用斯格明子对于数据处理来说可能是革命性的突破，因为这种结构下信息的存储密度可以远高于常规技术所能达到的数值，并且功耗要低得多。我们的研究人员也正努力在绝缘体或半导体上制备石墨烯磁性多层材料，以使其开拓出更多的潜在应用。” & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 这项工作由美国伯克利国家实验室与法国巴黎第十一大学的科学家合作完成的，其中包括诺贝尔奖获得者Albert Fert教授。该团队在伯克利实验室的国家电子显微镜中心完成了最关键的测量工作，他们的研究结果以论文形式发表在《Nature Materials》期刊上。 /p

p style=" text-indent: 2em " 在工业生产中，涂层最常起到抗腐蚀、抗热、抗氧化等功能。像海洋这种高盐高湿的恶劣环境，电化学腐蚀能在极短的时间内将钢铁船变成一块废铁，因此常采用阴极保护与防腐涂层结合的方法来保护船体及一些暴露在烟雾等腐蚀条件下的工件、设备或部分等。 /p p style=" text-indent: 2em " 但对于舰船燃气轮机等在高温环境下的部件来说，需要的涂层不仅要耐湿耐腐蚀，同时还要有优异的耐高温性能。最近，一种石墨烯“三防”涂层技术已在秦皇岛经济技术开发区研发成功，可应用于舰船燃气轮机、航空航天发动机高温部件保护以及舰船防盐雾及海生物腐蚀等，有力地填补了高温涂层技术应用在重盐雾地区的市场空白。 /p p style=" text-indent: 2em " 这种石墨烯“三防”涂层技术由远科秦皇岛节能环保科技开发有限公司历时3年多时间研发成功，相关涂层材料在南海、东海重盐雾地区的高温部件上挂件测试，通过6000小时连续工作验证，使原基材在不改变属性的情况下，增加3倍以上的使用寿命，经国家权威部门认定，该产品具有防霉菌、防盐雾腐蚀、抗高温氧化功效，完全可以满足高温条件下发动机热部件1500小时的应用，解决了我国在这一领域的技术难题。 /p p style=" text-indent: 2em " 据了解，这种石墨烯涂料主要是碳原子和稀土氧化物原子复合而成，这种复合性碳原子保护共性材料，使基础材料强度增强，形成了超保护薄膜，从而改变了隔热系数。 /p p style=" text-indent: 2em " 据远科秦皇岛节能环保科技开发有限公司总经理闫俊良透露，随着我国在石墨烯涂层技术上取得突破，它的应用领域会逐渐扩展，“三防”涂层技术除可应用于我国舰船燃气轮机、航空发动机领域外，还可在各种远洋运输船、游轮等民用船舶上使用。这种材料一旦得到应用，预计每年可为我国节省维护费用上百亿元，并使各类装备的使用寿命和强度大幅提升。 /p

p style=" text-indent: 2em " 近日，日本科学家研制出两种新材料，它们都是三层石墨烯结构，但由于堆叠方式不同，却各具独特的电学性能，这项研究对于光传感器等新型电子器件的发展具有重要意义。 /p p style=" text-indent: 2em " 自从2004年，两位科学家首次利用清洁石墨晶体的透明胶带分离出了单层碳原子，石墨烯就因其迷人的特质吸引了无数研究者蜂拥而至。它的强度是钢的200倍，不仅非常柔韧，而且是一种极为优良的电导体。 /p p style=" text-indent: 2em " 石墨烯的碳原子呈六边形排列，构成了蜂窝状晶格。在单层石墨烯上再堆叠另一单层石墨烯，就可以形成双层石墨烯结构。有两种堆叠方法：让每层石墨烯结构的碳六边形中心彼此正对在一起，就构成了AA堆叠结构；而将其中一层向前移位，使得其碳原子六边形中心位于另一层石墨烯的碳原子之上，就构成了AB堆叠。AB堆叠的双层石墨烯材料在施加外部电场时，具有半导体的性质。 /p p style=" text-indent: 2em " 刻意堆叠三层石墨烯结构是非常困难的，但是这样做却可以帮助科学家们研究三层材料的物理性质是怎样随层与层间堆叠方式的不同而变化的，并从而对新型电学仪器设备的发展具有促进作用。现在，日本东京大学和名古屋大学的研究者已成功研制出两种具有不同电学性能的三层石墨烯结构。 /p p style=" text-indent: 2em " 他们采用了两种不同的方式加热碳化硅，一种是在加压氩气环境下将碳化硅加热到1510摄氏度，另一种是在高真空环境将碳化硅加热至1300摄氏度。随后用共价键已被破坏成单个氢原子的氢气喷涂两种材料，两种不同的三层石墨烯结构就大功告成了。在加压氩气下加热的碳化硅形成了ABA堆叠结构的三层石墨烯，其顶部和底层的碳原子六边形精确对齐，中间层稍有移位。高真空环境下加热的碳化硅则形成了ABC堆叠结构的三层石墨烯，每一层碳原子六边形都比其下面一层稍稍向前移位。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/fda047f2-d0aa-4cca-894b-6475b2f605a5.jpg" title=" 同是三层石墨烯结构 电学性质因何大相径庭？.jpg" / /p p /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px " ABA堆叠状三层石墨烯（图a）与ABC堆叠状三层石墨烯（图b）的晶体结构示意图 /span /p p style=" text-indent: 2em " 科学家们检测了这两种三层石墨烯结构的物理性质，发现他们电学性能差异显著。ABA型石墨烯与单层石墨烯类似，是十分优良的电导体，而ABC型石墨烯却更像AB型双层石墨烯结构，具有半导体的性质。 /p p style=" text-indent: 2em " “ABA型和ABC型两种不同三层石墨烯结构的成功制备，将从堆叠层数和堆叠序列的角度，拓宽石墨烯基纳米电子器件的研发可行性。” 相关研究人员在NPG Asia Materials杂志上发表的论文中这样总结道。 /p

2022年11月13日晚，全球石墨烯人的盛典——2022第三届国际石墨烯颁奖典礼于上海隆重举行，国际石墨烯颁奖典礼一经举办就得到了全球各国石墨烯人士的大力支持，成为了行业含金量最高的奖项。本届奖项由全球20个国家和地区共80位石墨烯行业专家参与评审，最终西班牙Graphenea的石墨烯传感芯片获得年度最佳石墨烯产品奖，澳大利亚GMG公司获得年度最佳石墨烯企业奖，全国政协常委、九三学社中央副主席、中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长刘忠范获得石墨烯行业终身荣誉奖。国家新材料专家咨询委员会委员、石墨烯联盟理事长、国际石墨烯颁奖典礼国际评审主席团成员李义春博士在典礼上发表致辞李义春理事长在致辞中指出，中国石墨烯产业已走过十多年，这十多年也是艰辛探索的十多年，虽然历经曲折，仍然取得了无可否认的巨大成就，中国正引领着全球石墨烯产业的发展。至今，有很多的企业、投资者、研发人员投身到推动石墨烯产业化的历程中，他们经历了诸多挫折与磨难，面对困难依然勇于拼搏，一直探索着中国石墨烯产业化之路。和其他任何成熟产业一样，这中间都有部分人可能由于信心、投资等各方面的原因，最终退出了舞台。但在整个石墨烯产业化的推进历程中，总有这么一批人，他们主动肩负时代重托，肩负对石墨烯未来的憧憬和决心，毅然奔向前方。国际石墨烯颁奖典礼由中国联合全世界的石墨烯同仁共同发起，就是为这些一直不畏艰难勇往直前，为推动石墨烯产业化工作做出巨大贡献者进行表彰。这个奖项从2020年第一次发起开始，至今已是第三届，已得到全世界20多个国家石墨烯同仁们的热烈响应，每一届都得到了大家的热情投票，经投票评选出的这些团队、企业和个人永远都是大家学习的榜样，因为他们勇于肩负着时代重任，争做石墨烯产业的先行者和铺路者，让我们以这些获奖者为榜样，坚定行业自信，满怀信心奋进新征程，全力以赴推动全球石墨烯产业的发展。矢志不渝国家梦 敢凭烯碳赌人生全国政协常委、九三学社中央副主席、中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长刘忠范和意大利科学家、企业家、技术转移人Francesco Bonaccorso教授获终身荣誉奖提名。最终，刘忠范院士获得终身荣誉奖。中国石墨烯行业的奠基人冯冠平教授宣读颁奖词：他，深耕石墨烯研究十四载，肩负着时代赋予的重任，立志做石墨烯产业的铺路石和开拓者；他，已届花甲之年，以担当的勇气，发起创建“北京石墨烯研究院（BGI）”，开启了人生的第二次创业。四年时间，BGI已经成为全球最大的石墨烯研发机构；“矢志不渝国家梦，敢凭烯碳赌人生”，满怀着对石墨烯未来的憧憬和梦想，前路漫漫，荆棘密布，但他将一往无前，他就是中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长——刘忠范。同时，在颁奖典礼上，由国家新材料专家咨询委员会委员、石墨烯联盟理事长、国际石墨烯颁奖典礼国际评审主席团成员李义春博士为上一届获得终身荣誉奖，但因疫情原因无法出席的中国石墨烯行业的奠基人冯冠平先生在本届大会上补发奖杯。缔造美好世界 深耕厚植中承载社会价值澳大利亚Graphene Manufacturing Group（GMG）、英国William Blythe公司、加拿大HydroGraph Clean Power 获年度最佳石墨烯企业奖提名。最终，澳大利亚GMG公司获得年度最佳石墨烯企业奖。宝山区经委主任石明虹先生宣读奖词：他们以石墨烯为抓手，立于清洁能源产业链，不断寻求突破与创新，将石墨烯与清洁能源完美融合，引领全球清洁能源行业新升级。奖掖全球优秀产品 国际视野下创新萌发爱沙尼亚Skeleton Technologies公司的石墨烯基超级电容器、西班牙Graphenea的mGFET 4x4场效应晶体管芯片、英国Versarien公司的“Lunar”生活方式吊舱、意大利Q36.5 Absolutely Equipment公司的自行车衬衫等创新产品获年度最佳石墨烯产品创新奖提名。最终，西班牙Graphenea的石墨烯传感芯片，战胜诸多中外竞争对手，获得年度最佳石墨烯产品创新奖。IGA国际评审主席李义春先生宣读颁奖词：他们以创新差异性和定制化做立身之本，多年沉淀，一鸣惊人，倾力打造晶圆级高质量石墨烯重磅利器，开启全球高精尖电子领域“新纪元”。十年磨一剑，墨衣满人间。从获得诺奖的那一刻，石墨烯就一直备受关注。弹指间之十多年已悄然过去，全球石墨烯产业界也陆续收获了一批成熟的科技果实， 当所有石墨烯人坚定信心，满怀希望，努力拼搏，无论怎样的艰难险阻都无法阻止石墨烯及新材料产业的蓬勃发展。盛典再启，征程无穷，石墨烯人永远在路上。

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员王振洋团队在高结晶石墨烯宏观体的共价生长及其电学行为调制方面取得系列进展。石墨烯是具有优异力学、电学、热学和光学性能的二维碳材料。石墨烯的高效制备与宏观组装对其规模应用具有重要意义。目前，石墨烯宏观体的常规制备方法如液相自组装、3D打印和催化模板法等，仅能实现石墨烯片层间的非共价弱相互作用连接，导致石墨烯晶体结构的不连续，成为限制石墨烯宏观体电学性质的主要因素。 鉴于此，研究开发了激光辅助的layer-by-layer共价生长方法来制备高结晶石墨烯宏观体。分子动力学模拟从理论上揭示了它的共价生长机制。共价生长法使得材料具有连续的晶体结构，且与非共价组装相比，其跨层电导率实现了100倍的提升。该材料有助于解决石墨烯规模化应用面临的层状堆垛、晶体质量调控、离子输运通道、体积效应等问题，为石墨烯的储能电极应用奠定了基础。相关研究成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。 此外，为了解决石墨烯电极中低自由电子浓度导致的电导率不理想的问题，研究将富含自由电子的铜纳米粒子引入到材料体系，在Cu与石墨烯界面形成了稳定的Cu-C键，从而通过电子注入实现了复合材料超高的导电性能，电导率达到与纯金属接近的0.37×107 S m-1， 是纯石墨烯的3000倍。研究进一步利用X射线吸收精细结构（XAFS）光谱，结合密度函数理论（DFT）模拟揭示了界面结构对电导率的影响，这对石墨烯的电导率调制以满足不同应用具有重要意义。相关研究成果发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项和安徽省重点研发计划等的支持。 高结晶石墨烯宏观体的layer-by-layer共价生长及其表征。　　（a）不同铜含量的石墨烯电导率；（b）不同铜含量的石墨烯载流子迁移率和载流子密度。

技术讲堂——秀磊谈扫描随着高精度三维扫描技术的应用深入，其不仅仅可以检测单个工件的全尺寸信息，也可以进行一些装配关系的检测，例如大型上下模具的装配是否契合，阀门和水泵的装配是否密封等。这种两个工件之间简单的装配关系，用三维检测较为简单。本期，李老师要为大家介绍的是三个工件之间的装配关系检测，其中最关键的操作是确定好三个工件之间的相对空间位置。技术讲师——李秀磊先临三维工业级扫描仪应用工程师资深3D数字化应用专家，深耕3D数字化多年，在三维数字化及工业检测领域拥有丰富行业经验。第6期-THE SIXTH-三根弯管装配关系的三维检测汽车弯管的三维检测，是高精度3D视觉检测非常普遍的应用之一，这次，我们需要在这个基础上进行难度的提升，需要检测三条弯管的装配关系，包括接口处的位置度与形面偏差以及三根弯管之间的空间距离。01三维检测样件这是需要检测的其中一根弯管，这些弯管单独的全尺寸三维检测非常方便，三维扫描，导入软件检测，弯曲的弧度等是否符合要求一目了然。但是要进行三根弯管的装配检测时，遇到了问题，若使用夹具，将会遮挡部分的数据信息，特别是接口处；若不采用夹具，则不能确定三根弯管的空间位置，无法进行三维检测。“如何实现既可以获取每条弯管接口处的三维数据，又可以实现相互之间的空间位置的确定？这是完成这一检测任务的关键，李老师给出了一个灵活的处理方式。02三维检测流程1.首先将弯管固定在夹具上，对于弯管和夹具进行三维扫描，来获取弯管的模拟装配位置，但是由于夹具与弯管有接触，弯管的三维数据不全，特别是接口处。图中红色标注部分即为被夹具遮挡的弯管位置2.将弯管从夹具上取下来，获取完整的接口处弯管三维数据。3.将弯管的三维完整数据与弯管在夹具上的数据进行对齐，获得弯管在模拟装配下的完整数据。4.检测弯管的相对位置以及角度等是否能够匹配。03扫描设备此次采用FreeScan UE激光手持三维扫描仪，其具有计量级精度（0.02mm）且重复精度稳定，保证检测结果；同时，具有广泛的材质适应性，汽车弯管无需喷粉，直接三维扫描。通过这种灵活的处理方法，拓宽了三维扫描的应用范围，不仅可以检测单根弯管的生产尺寸是否符合要求，还可以检测多根弯管之间的装配关系；同时，由于可以准确模拟装配时的场景，使得弯管的生产质量更加符合实际需求，提高生产效率。随着高精度3D视觉检测技术的不断深入，其将提供更多应用可能性，助力生产质检进入更加高效高质的新阶段。往期推荐【技术讲堂】干货速递，三维扫描中喷粉的那些事儿【技术讲堂】小体积工件表面难以贴点，如何获取高精度三维数据？【技术讲堂】干货速递，三维扫描的贴点技巧有哪些？【技术讲堂】55mm黑色骨钉，如何获取高精度三维数据？【技术讲堂】零件最薄处仅1mm的管道泵铝叶轮，该如何三维扫描？

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp strong 仪器信息网讯 /strong & nbsp 2020年10月17日晚，2020首届国际石墨烯颁奖典礼（IGA）隆重举行，表彰为石墨烯科研和产业发展做出重要贡献的个人和企业，颁发奖项包括最佳石墨烯产品奖、最佳石墨烯企业奖、石墨烯产业示范奖、石墨烯产业促进奖、终身荣誉奖。 /p p img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/c6f13eea-6270-4ae7-a13d-e65a3ced0e81.jpg" title=" 8.jpg" alt=" 8.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 颁奖典礼现场 /strong /p p style=" margin-top: 15px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 颁奖典礼上，国家新材料专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春做活动介绍并致辞，石墨烯诺贝尔奖获得者、石墨烯发现者Andre Geim教授以录制视频形式致辞，向长期以来关心和支持石墨烯产业发展的全球石墨烯人表示衷心感谢。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/72b6726c-1f8f-497b-a2a4-df7573dd2498.jpg" title=" 6.jpg" alt=" 6.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 李义春致辞 /strong /p p strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/d90a7bd1-668d-48e7-a02c-66b77bcfc9a2.jpg" title=" 7.jpg" alt=" 7.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong Andre Geim视频致辞 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 首届国际石墨烯国际主席及评审团阵容强大，由来自全球20个国家和地区的，在全球石墨烯行业内具有话语权及影响力的产学界人士组成。根据国际主席团的提名，国际评审团进行投票表决，评选出全球石墨烯行业5大顶尖翘楚。 /p p style=" margin-top: 15px " strong & nbsp & nbsp & nbsp IGA2020最佳石墨烯产品奖：常州富烯科技股份有限公司的石墨烯导热膜产品 /strong /p p style=" margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp IGA国际评审主席李义春先生题颁奖词：不甘平凡，坚守寂寞。在资本炒作的热潮里，富烯科技坚持工匠精神，精心打磨产品，五年磨一剑。将石墨烯从实验室中的完美材料，变为大规模进入百姓手中的高端电子产品，填补了国内外石墨烯高导热性电子应用产业化的空白。从无到有，从劣到优，富烯走出了石墨烯高端电子产品商业化真正意义上的第一步。 /p p style=" line-height: 1.5em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/5c8c44a4-72a8-4eae-a439-62d15da0b839.jpg" title=" 9.jpg" alt=" 9.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(89, 89, 89) " strong 富烯科技代表领奖 /strong /span /p p style=" margin-top: 15px " strong & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA2020最佳石墨烯企业奖：西班牙Graphenea公司 /strong /p p style=" margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA国际评审主席Stephan Roche先生题颁奖词：精益求精，工匠精神。Graphenea在晶圆级高质量石墨烯领域上深耕多年，可谓一骑红尘。在定制化石墨烯器件、高性能晶片级石墨烯应用等领域也成果显著，为全球高精尖电子和光电子器件工业开启石墨烯时代奠定了基础。 /p p style=" margin-top: 10px " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/de2e3ac8-bee5-4452-8468-1c699e6d9498.jpg" title=" IMG_6477.jpg" alt=" IMG_6477.jpg" / /p p style=" margin-top: 15px " strong & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA2020石墨烯产业示范奖：华为技术有限公司 /strong /p p style=" margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA国际评审主席Rezal Khairi Ahmad先生题颁奖词：脚踏实地，志高存远。华为用实力开辟市场，用魄力创新科技，作为第一个大规模涉足商用石墨烯散热膜领域的大型终端企业，华为敢做第一个吃螃蟹的人。石墨烯散热技术在华为手机上的成功，为石墨烯产业发展方向打开了一扇新的大门。 /p p style=" margin-top: 10px " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/497cde5a-f433-4af3-836e-7b78ede4d936.jpg" title=" IMG_6478.jpg" alt=" IMG_6478.jpg" / /p p style=" margin-top: 15px " strong & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA2020石墨烯产业促进奖：西安丝路石墨烯创新中心 /strong /p p style=" margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA国际评审主席冯新亮先生题颁奖词：助力产业，创新驱动。自西安丝路成立以来，坚持以创新服务为根本，立足石墨烯企业需求，开拓石墨烯下游应用市场。两年间，先后成立了八大应用研究院，成功为西安当地引入了40余石墨烯企业及项目，帮助西安高新区完成了石墨烯产业从无到有，从少到多的质变。 /p p img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/fe10ef93-3495-4785-a657-040c0f9991a4.jpg" title=" 5.jpg" alt=" 5.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong span style=" font-size: 14px color: rgb(89, 89, 89) " 西安丝路石墨烯创新中心代表领奖 /span /strong br/ /p p style=" margin-top: 15px " strong & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA终身荣誉奖 ：Andre Geim教授 /strong /p p style=" margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp IGA国际评审主席Dusan Losic先生题颁奖词：从三维到二维，从恶搞到诺奖，安德烈海姆教授真正意义上的开创了石墨烯的时代。不拘泥于国界，不迂腐于市场，他奔波于学术和产业的浪潮中，却只为向世人证明石墨烯对工业的意义。 /p p style=" margin-top: 10px " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/3d199217-a682-44be-b63e-2c71c49a35db.jpg" title=" IMG_6489.JPG" alt=" IMG_6489.JPG" / /p