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量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸?shù)拇耪褡印Ｔ诙S反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現(xiàn)出e指數(shù)衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統(tǒng)研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 二維材料中的磁振子輸運實現(xiàn)為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發(fā)展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數(shù)衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。

近年來二維磁性材料由于其豐富的物理性能以及廣闊的應用前景吸引了廣泛的關注。在眾多的二維磁性材料中，CrI3由于層間反鐵磁相互作用弱，可以通過外加磁場、電場、摻雜與壓力等外部手段進行調控，使得其在磁電存儲、自旋濾波、自旋晶體管等方面展現(xiàn)了潛在的應用價值，從而成為近幾年來的研究焦點。 除了應用前景以外，二維磁性材料還有許多新奇的物理性質，例如最近人們在雙層CrI3中，發(fā)現(xiàn)層間反鐵磁序破壞了

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石墨烯是一種典型的單原子層二維材料，具有獨特的狄拉克電子結構、超高的載流子遷移率和濃度，在高速、高質量薄膜器件集成等方面顯示出潛在應用優(yōu)勢。然而，本征石墨烯呈金屬或半金屬特性，限制了其在器件中的應用。本成果從石墨烯的可控生長及多維多尺度宏觀結構組裝出發(fā)，探索調控石墨烯電子結構的有效方法，推動其在納米能源和傳感器件中的集成與應用。 主要內容包括： 1.高質量石墨烯薄膜的大面積可控制備、轉移工藝，及多維多尺度宏觀結構組裝技術； 2.開發(fā)了高效異質結太陽能電池和光電探測器產(chǎn)品，具有規(guī)模集成的納米能源器件制造方法和工藝。太陽能電池轉換效率超過 15%；光電探測器的靈敏度比同類商用光電器件高 3 個數(shù)量級，在保持同樣光電流響應的情況下，其暗電流和噪聲等效功率分別了降低了 2個和 3 個數(shù)量級； 3.開發(fā)了系列柔性傳感器產(chǎn)品，及面向移動醫(yī)療可穿戴應用的傳感器制造方法和工藝。不僅可探測應變、壓力、扭轉、有機物、聲波等信號，還對多種微變形（包括損傷、振動等）高靈敏度識別，具有與生理信息互聯(lián)的特點，可監(jiān)測和掃描生命體的生理狀態(tài)，如脈搏、呼吸、心跳、語音等人體活動。 

本研究利用氧氣對非骨架摻雜選擇性刻蝕的效應，首次在Cu襯底上實現(xiàn)了石墨烯的完美骨架摻雜生長，氮摻雜后的石墨烯遷移率高達13000 cm2/Vs，比其他工藝制備的摻雜石墨烯要高出數(shù)個量級。同時，石墨烯的面電阻也降低到130 oh/sq，摻雜的穩(wěn)定性顯著提高。

首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑 一、項目分類 重大科學前沿創(chuàng)新 二、技術分析 本成果具有創(chuàng)新性、先進性。從高校的原創(chuàng)科學到原創(chuàng)技術，再到工程化推進，且已實現(xiàn)量產(chǎn)的技術成果。 成果第一完成人帶領科研與產(chǎn)業(yè)兩支隊伍，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，在單層氧化石墨烯及其宏觀組裝材料的產(chǎn)學研協(xié)同發(fā)展方面開展科學研究、技術轉化與產(chǎn)業(yè)化攻堅，獲得的成果如下： 發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯纖維在溶劑作用下精確可逆融合與分裂現(xiàn)象，揭示了二維大分子的獨特界面效應，打破纖維越粗越弱的Griffith定律，為未來粗且強的高性能纖維制備提供了新的理論依據(jù)，成果發(fā)表在Science雜志上；(2)發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯的層狀和手性液晶新相態(tài)，為石墨烯宏觀有序組裝材料提供了理論基石；(3)首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑；(4)建立了較系統(tǒng)的液固相轉變組裝方法學，制備出“世界最輕固體”石墨烯超輕氣凝膠，突破固體表觀密度極限；解決了宏觀材料高導熱和高柔性不能兼顧的難題，獲得了高導熱超柔性石墨烯導熱膜。 發(fā)明的新型石墨烯纖維，得到了Nature在線新聞（2011, 78）、Nature 石墨烯增刊（2012, 483, S33）等雜志期刊的高度評價：“石墨烯物理性能優(yōu)異，但要駕馭這些性能，必須找到能將優(yōu)異性能納米級粒子轉化為宏觀材料的方法。來自中國杭州浙江大學的許震和高超正好實現(xiàn)了這一目標”等。石墨烯纖維打結圖與美國奮進號、俄羅斯聯(lián)盟號飛船等一起入選了Nature 2011年度最具影響力圖像，入選理由為:“這一400微米石墨烯結由中國浙江大學許震和高超制備，顯示了納米尺度精巧的結構控制。許和高將氧化石墨烯液晶紡制成米級柔性纖維并轉化成石墨烯紗線”。成果第一完成人“因石墨烯纖維的基礎研究工作”，獲得首屆錢寶鈞纖維材料青年學者獎。 獲得的多維度多功能石墨烯宏觀組裝材料，得到了Nature（Nature 2013, 494, 404）、（Nature 2013, 497, 448）及Advanced Science News等的亮點評價或撰文評價：“浙江大學高超團隊用非模板法獲得了導電、彈性并且密度低于空氣的固體泡沫材料”，“浙江大學高超教授及同事報道了具有超高導熱且超柔性特性的石墨烯材料。這樣的設計理念和實驗策略能夠拓展至其他二維納米材料中，使得很多大面積多功能的二維材料能夠應用到現(xiàn)實世界的柔性器件中，從航空航天到智能手機，不一而足”等。超輕石墨烯氣凝膠獲得了 “世界最輕固體”吉尼斯世界紀錄，入選了“2013中國十大科技進展新聞”。 在Science、Nat. Electron.、Sci. Adv.、Adv. Mater.等國際知名期刊發(fā)表學術論文240余篇，連續(xù)四年入選科睿唯安全球“高被引科學家”。授權中國發(fā)明專利百余件、國際專利8件。承擔國家自然基金委重大、重點、杰青項目及軍科委、科工局等項目10多項，項目總經(jīng)費近億元。

本發(fā)明公開了一種具有良好分散性的改性石墨烯，以及制備這 種改性石墨烯的方法。通過非共價鍵的作用，在石墨烯表面修飾高分 子材料，使其具有良好的分散性。這種改性石墨烯的具體制備方法為： 在芳香族小分子上接枝咪唑類化合物，通過咪唑引發(fā)環(huán)氧開環(huán)聚合或 與末端帶有鹵素基團的長鏈高分子直接反應，得到末端為芳香基團的 長鏈芳香族化合物，并在分散有氧化石墨烯且具有還原性的溶劑中， 通過一步法在還原氧化石墨烯的同時將其以非共價鍵的形式