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以自粘結(jié)富碳物質(zhì)（生焦、炭微球）為原料，添加高純石墨粉、短切炭纖維或石墨烯，通過預處理、混合、等靜壓成型、焙燒、后處理等工藝制成高密高強高純各向同性石墨材料，其各項性能參數(shù)如下：抗壓強度（MPa）  ＞130    抗折強度（MPa）   ＞50肖氏硬度（HS）     70±5    導熱系數(shù)（KJ/m）  ＞60體積密度(g/cm3)     ≥1.90    開口氣孔率（%）   ≤1.80摩擦系數(shù)    ≤0.2高密高強高純各向同性石墨材料的應用領域包括精密機械密封、苛刻服役環(huán)境下的機械（發(fā)動機）密封、超高溫結(jié)構件、電火花加工、火箭噴口等。目前已應用于某型發(fā)動機二級游動渦輪泵雙端面密封裝置、某型發(fā)動機液氧渦輪泵氦氣接觸式端面密封、無控火箭彈噴管專用石墨等。

層間轉(zhuǎn)角在層狀堆垛的二維材料體系中提供了一個全新的自由度來調(diào)控其結(jié)構與性質(zhì)。近幾年，相關方面的研究引起了廣泛的關注。早在2012年，何林課題組就開始關注轉(zhuǎn)角對雙層石墨烯結(jié)構和電學性質(zhì)的影響，測量了不同轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的兩個范霍夫峰的峰間距能量與轉(zhuǎn)角大小的關系[1]，并預言該體系中的準粒子具有可調(diào)控的手征性[2]，研究了應變結(jié)構在該體系產(chǎn)生的贗磁場和贗朗道能級[3]。2015年，何林團隊發(fā)現(xiàn)雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系費米速度隨角度減小而迅速下降，證明在轉(zhuǎn)角為1.1度(第一魔轉(zhuǎn)角)附近時費米速度降為零[4]，并于2017年，在轉(zhuǎn)角接近魔轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯體系觀察到強電子-電子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo課題組在魔角雙層石墨烯觀察到電子-電子相互作用導致的關聯(lián)絕緣體態(tài)和超導態(tài)，魔角雙層石墨烯物性研究迅速成為過去兩年凝聚態(tài)物理研究的最大熱點。 近期，何林課題組發(fā)展了一套方法，能夠可控地制備利于掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)（STM）研究的雙層轉(zhuǎn)角石墨烯，并利用STM研究了小角度雙層石墨烯的性質(zhì)，深入探索該體系由于電子-電子相互作用導致的平帶簡并度解除和新奇強關聯(lián)量子物態(tài)的關聯(lián)。例如，何林課題組與合作者發(fā)現(xiàn)當小轉(zhuǎn)角體系的平帶被部分填充時，電子-電子相互作用會解除平帶的谷贗自旋簡并度，在體系中產(chǎn)生很大的軌道磁矩（每個莫爾約10μ_B），由于軌道磁矩和磁場的耦合，谷極化態(tài)的劈裂能量會隨著外加磁場線性增大[6]。同樣的結(jié)果也在應變引起的平帶中觀察到了，當雙層石墨烯的轉(zhuǎn)角接近魔角時，體系中微小的應變結(jié)構可以使兩個范霍夫峰之間出現(xiàn)一個新的零能量平帶（贗朗道能級），何林課題組與合作者發(fā)現(xiàn)電子-電子相互作用會解除贗朗道能級的谷贗自旋簡并度，產(chǎn)生軌道磁性態(tài)[7]。這些結(jié)果表明小轉(zhuǎn)角石墨烯體系是研究二維軌道磁性態(tài)和量子反常霍爾效應的理想平臺。在角度大于魔角的小轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中，何林課題組與合作者證明電子-電子相互作用依然會起重要作用，并有可能產(chǎn)生完全不同于魔角雙層石墨烯的新奇強關聯(lián)量子物態(tài)。例如在1.49度的樣品中，他們證明電子-電子相互作用解除了體系平帶中的自旋和谷贗自旋的簡并度，產(chǎn)生了一種全新的自旋和谷極化的金屬態(tài)[8]，這一結(jié)果進一步拓寬了轉(zhuǎn)角體系新奇強關聯(lián)量子物態(tài)的研究范圍。 除了電學性質(zhì)受層間轉(zhuǎn)角的調(diào)制，在雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系，由于層間堆垛能與層內(nèi)晶格畸變引起的應變能的競爭，其原子結(jié)構也會隨著角度發(fā)生改變。最近，何林課題組系統(tǒng)研究了雙層轉(zhuǎn)角石墨烯結(jié)構隨著角度的演化，發(fā)現(xiàn)當轉(zhuǎn)角大于魔角時，體系可以看作兩個獨立的剛性石墨烯層發(fā)生扭轉(zhuǎn)，層內(nèi)晶格畸變幾乎可以忽略（定義為非重構結(jié)構）；當轉(zhuǎn)角小于魔角時，由于莫爾條紋周期較大，層間堆垛能占主導，從而引起晶格畸變產(chǎn)生堆垛的疇界（domain wall）網(wǎng)格（定義為重構結(jié)構）。這種疇界的兩邊都是Bernal堆垛的雙層石墨烯（分別為AB堆垛和BA堆垛），能傳輸谷極化的電流（圖一）。我們利用STM證明非重構和重構的兩種結(jié)構在魔角附近都能穩(wěn)定存在。進一步，我們發(fā)現(xiàn)利用STM針尖脈沖可對魔角雙層石墨烯的非重構和重構結(jié)構進行切換，從而開關其二維導電拓撲網(wǎng)格。同時，我們發(fā)現(xiàn)在強關聯(lián)效應中起到重要作用的魔角雙層石墨烯平帶的帶寬也能在這一過程中被調(diào)控[9]。相關成果近日刊發(fā)在物理學期刊《Physical Review Letters》上。何林教授課題組博士生劉亦文為第一作者，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的蘇贏博士為文章的共同第一作者，何林教授為通訊作者。

層間轉(zhuǎn)角在層狀堆垛的二維材料體系中提供了一個全新的自由度來調(diào)控其結(jié)構與性質(zhì)。近幾年，相關方面的研究引起了廣泛的關注。早在2012年，何林課題組就開始關注轉(zhuǎn)角對雙層石墨烯結(jié)構和電學性質(zhì)的影響，測量了不同轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的兩個范霍夫峰的峰間距能量與轉(zhuǎn)角大小的關系[1]，并預言該體系中的準粒子具有可調(diào)控的手征性[2]，研究了應變結(jié)構在該體系產(chǎn)生的贗磁場和贗朗道能級[3]。2015年，何林團隊發(fā)現(xiàn)雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系費米速度隨角度減小而迅速下降，證明在轉(zhuǎn)角為1.1度(第一魔轉(zhuǎn)角)附近時費米速度降為零[4]，并于2017年，在轉(zhuǎn)角接近魔轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯體系觀察到強電子-電子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo課題組在魔角雙層石墨烯觀察到電子-電子相互作用導致的關聯(lián)絕緣體態(tài)和超導態(tài)，魔角雙層石墨烯物性研究迅速成為過去兩年凝聚態(tài)物理研究的最大熱點。 近期，何林課題組發(fā)展了一套方法，能夠可控地制備利于掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)（STM）研究的雙層轉(zhuǎn)角石墨烯，并利用STM研究了小角度雙層石墨烯的性質(zhì)，深入探索該體系由于電子-電子相互作用導致的平帶簡并度解除和新奇強關聯(lián)量子物態(tài)的關聯(lián)。例如，何林課題組與合作者發(fā)現(xiàn)當小轉(zhuǎn)角體系的平帶被部分填充時，電子-電子相互作用會解除平帶的谷贗自旋簡并度，在體系中產(chǎn)生很大的軌道磁矩（每個莫爾約10μ_B），由于軌道磁矩和磁場的耦合，谷極化態(tài)的劈裂能量會隨著外加磁場線性增大[6]。同樣的結(jié)果也在應變引起的平帶中觀察到了，當雙層石墨烯的轉(zhuǎn)角接近魔角時，體系中微小的應變結(jié)構可以使兩個范霍夫峰之間出現(xiàn)一個新的零能量平帶（贗朗道能級），何林課題組與合作者發(fā)現(xiàn)電子-電子相互作用會解除贗朗道能級的谷贗自旋簡并度，產(chǎn)生軌道磁性態(tài)[7]。這些結(jié)果表明小轉(zhuǎn)角石墨烯體系是研究二維軌道磁性態(tài)和量子反常霍爾效應的理想平臺。在角度大于魔角的小轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中，何林課題組與合作者證明電子-電子相互作用依然會起重要作用，并有可能產(chǎn)生完全不同于魔角雙層石墨烯的新奇強關聯(lián)量子物態(tài)。例如在1.49度的樣品中，他們證明電子-電子相互作用解除了體系平帶中的自旋和谷贗自旋的簡并度，產(chǎn)生了一種全新的自旋和谷極化的金屬態(tài)[8]，這一結(jié)果進一步拓寬了轉(zhuǎn)角體系新奇強關聯(lián)量子物態(tài)的研究范圍。 除了電學性質(zhì)受層間轉(zhuǎn)角的調(diào)制，在雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系，由于層間堆垛能與層內(nèi)晶格畸變引起的應變能的競爭，其原子結(jié)構也會隨著角度發(fā)生改變。最近，何林課題組系統(tǒng)研究了雙層轉(zhuǎn)角石墨烯結(jié)構隨著角度的演化，發(fā)現(xiàn)當轉(zhuǎn)角大于魔角時，體系可以看作兩個獨立的剛性石墨烯層發(fā)生扭轉(zhuǎn)，層內(nèi)晶格畸變幾乎可以忽略（定義為非重構結(jié)構）；當轉(zhuǎn)角小于魔角時，由于莫爾條紋周期較大，層間堆垛能占主導，從而引起晶格畸變產(chǎn)生堆垛的疇界（domain wall）網(wǎng)格（定義為重構結(jié)構）。這種疇界的兩邊都是Bernal堆垛的雙層石墨烯（分別為AB堆垛和BA堆垛），能傳輸谷極化的電流（圖一）。我們利用STM證明非重構和重構的兩種結(jié)構在魔角附近都能穩(wěn)定存在。進一步，我們發(fā)現(xiàn)利用STM針尖脈沖可對魔角雙層石墨烯的非重構和重構結(jié)構進行切換，從而開關其二維導電拓撲網(wǎng)格。同時，我們發(fā)現(xiàn)在強關聯(lián)效應中起到重要作用的魔角雙層石墨烯平帶的帶寬也能在這一過程中被調(diào)控[9]。相關成果近日刊發(fā)在物理學期刊《Physical Review Letters》上。何林教授課題組博士生劉亦文為第一作者，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的蘇贏博士為文章的共同第一作者，何林教授為通訊作者。

本發(fā)明公開了一種利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，采用硝酸鹽、醋酸鹽或者銀單質(zhì)和氧化石墨烯作為原料，首先將原料進行均勻包覆、冷凍、干燥處理，通過控制原料的成份、濃度和冷凍與干燥的時長，制得各種成分、各種均勻性的復合物；通過對該復合物進行微波燃燒處理、控制微波處理時長得到不同孔徑分布的多孔石墨烯；本發(fā)明提供的這種方法在 6～45s 反應時間內(nèi)獲得多孔石墨烯，主孔徑在 5nm～200nm 范圍內(nèi)，快速簡單的實現(xiàn)對復

本發(fā)明公開了一種石墨烯支撐的微米金核殼結(jié)構及其制備方法；制備方法包括下述步驟：(1)獲得聚苯乙烯微球乳液，并在聚苯乙烯微球乳液中加入改性溶液后進行攪拌，獲得表面改性的聚苯乙烯微球乳液；(2)獲得微球金種子的凝膠溶液；(3)獲得表面有金殼層的聚苯乙烯微球的凝膠溶液；(4)將所述表面有金殼層的聚苯乙烯微球的凝膠溶液進行烘干后獲得粉末狀的樣品；通過將樣品在四氫呋喃溶液中浸泡使其在金殼層內(nèi)壁生長出石墨烯多層并除去聚苯乙烯微球，再進行烘干后獲得石墨烯支撐的微米金核殼結(jié)構。本發(fā)明中改進的單分散法制備的聚苯乙烯微

本發(fā)明公開了一種同時制備石墨烯和多孔非晶碳薄膜的方法，包括 S1 對金屬鎳片襯底進行超聲清洗，并烘干后放置于管式爐中；S2向管式爐中通入惰性氣體；S3 對管式爐進行升溫處理使其達到750℃～1000℃并保持 10 分鐘～50 分鐘，向管式爐中通入氫氣，并對金屬鎳片襯底進行熱處理；S4 向管式爐中通入流量為 20sccm～100sccm 的碳氫化合物，使得經(jīng)過熱處理后的金屬鎳片襯底催化碳氫化合物裂解以及鎳片溶碳后同時生長石墨烯和非晶碳薄膜；S5 對管式爐進行降溫處理，并將生長有石墨烯和非晶碳薄膜的鎳片

酞菁是一種具有優(yōu)異光電特性的廉價小分子半導體材料，但是其在常規(guī)有機溶劑中溶解性較差，且性能不佳，限制了其在有機憶阻器中的進一步應用。許宗祥課題組從分子設計層面出發(fā)，開發(fā)了在常規(guī)有機溶劑中具有高效分散特性的金屬酞菁納米線，通過溶液法制備出具有優(yōu)良紅外響應特性的薄膜，并以此構建有機憶阻器，該器件是首次報道具有高穩(wěn)定性和較強紅外響應的有機憶阻器器件。

石墨是一種良好的固體潤滑劑，但是，它低的強度及與金屬截然不同的物理化學性質(zhì)，使得其與金屬成為復合材料時，在金屬中的加入量很低，而且隨著加入量的增加，嚴重損壞復合材料的綜合機械性能，因此，目前石墨作為固體潤滑劑時，為了保持復合材料的機械性能，加入量大都很低。本技術獨特之處在于，首先在石墨顆粒表面包覆一層銅膜，使其整體表現(xiàn)為銅的性能，當它與銅形成復合材料時，銅基體形成一個三維連續(xù)骨架，石墨處于其中。這一方法使得自潤滑復合材料中石墨的含量可已大為增加，同時使復合材料整體表現(xiàn)為金屬性能，具有良好的自潤滑性能力、耐高溫性及導電性，較好的綜合機械性能。 應用前景： 銅石墨復合材料優(yōu)良的自潤滑能力及良好的導電性能，被認為是制造高性能電刷、高速列車受電弓滑板、小型精密自潤滑滑動軸承其它滑動電接觸部件的首選材料。 受電弓滑板是電力機車上與供電導線接觸的部件，列車運行時，滑板與供電導線處于高速相對滑動之中，電力機車通過受電弓滑板從供電道線上得到所需的電力。受電弓與供電導線之間的滑動摩擦速度等于電力機車的運行速度。隨著機車運行速度的提高，對滑板的摩擦及自潤滑性能的要求也越來越高。電刷是電機中的易損部件，隨著電機向大型化、微型化、高轉(zhuǎn)速、高效率發(fā)展。要求電刷具有大的集電能力及優(yōu)良的自潤滑能力，以減小電機的尺寸，提高電機效率，使焦耳熱引起的升溫保持在低水平。機械制造技術向高精度、小型化方向發(fā)展，油潤滑變得很困難，從而為小型自潤滑精密滑動軸承提供了很好的應用市場。機車及汽車也對意外情況下缺少潤滑油時部件的自潤滑能力提出了要求。可見自潤滑材料具有廣闊的市場。

項目成果/簡介:1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（CNT）以及 2004 年發(fā)現(xiàn)的石墨烯（graphene），分別是一維和二維納米材料的典型代表，被認為是 21世紀的戰(zhàn)略性材料。 本項目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備 SWNTs 的方法，實現(xiàn)了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備（圖 1），純度達 70%以上，并達到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模（達 200 公斤/年以上）。采用機械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基質(zhì)中，獲得了以環(huán)氧樹脂、ABS 及聚氨酯等為基質(zhì)材料，電導率達 0.2 S/cm、導電臨界含量僅為0.06%、電磁屏蔽效果高達 49dB 的復合材料。 本項目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，實現(xiàn)了石墨烯的百克級制備（圖 2）。通過透射電子顯微鏡（圖 3）及原子力顯微鏡（圖 4）確定了石墨烯的二維平面結(jié)構。 獲得了可溶性石墨烯材料及柔性透明導電薄膜（圖 5）；制備了基于石墨烯的高穩(wěn)定性有機光伏電池及復合材料。 圖 5、基于石墨烯的透明電極材料 所研制的單壁碳納米管及石墨烯已用于數(shù)十家科研機構的研究和相關產(chǎn)品/樣機的研制，包括應用于國家 863 重大汽車電池項目（中科院物理所）和軍工衛(wèi)星電池項目（中國電子科技集團公司第十八研究所）等。已研制出晶體管、鋰離子電池、超級電容器（圖 6）以及高性能復合材料等多種產(chǎn)品，具有廣闊的應用前景。應用范圍:南開大學在碳納米材料的制備及應用研究方面取得了一批開創(chuàng)性成果，該項目技術的推廣，將促進我國新材料、微電子、儲能、資源保護等領域的技術進步和發(fā)展，為我國在這一新型納米材料領域占據(jù)有利地位，提高國際競爭力，做出重要貢獻。

1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（CNT）以及 2004 年發(fā)現(xiàn)的石墨烯（graphene），分別是一維和二維納米材料的典型代表，被認為是 21世紀的戰(zhàn)略性材料。 本項目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備 SWNTs 的方法，實現(xiàn)了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備（圖 1），純度達 70%以上，并達到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模（達 200 公斤/年以上）。采用機械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基質(zhì)中，獲得了以環(huán)氧樹脂、ABS 及聚氨酯等為基質(zhì)材料，電導率達 0.2 S/cm、導電臨界含量僅為0.06%、電磁屏蔽效果高達 49dB 的復合材料。 本項目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，實現(xiàn)了石墨烯的百克級制備（圖 2）。通過透射電子顯微鏡（圖 3）及原子力顯微鏡（圖 4）確定了石墨烯的二維平面結(jié)構。 獲得了可溶性石墨烯材料及柔性透明導電薄膜（圖 5）；制備了基于石墨烯的高穩(wěn)定性有機光伏電池及復合材料。 圖 5、基于石墨烯的透明電極材料 所研制的單壁碳納米管及石墨烯已用于數(shù)十家科研機構的研究和相關產(chǎn)品/樣機的研制，包括應用于國家 863 重大汽車電池項目（中科院物理所）和軍工衛(wèi)星電池項目（中國電子科技集團公司第十八研究所）等。已研制出晶體管、鋰離子電池、超級電容器（圖 6）以及高性能復合材料等多種產(chǎn)品，具有廣闊的應用前景。