Category Archives: 产业资讯

一周资讯汇总

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1.首个石墨烯制成的功能半导体问世

日前，美国佐治亚理工学院研究人员创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体。研究团队使用特殊熔炉在碳化硅晶圆上生长石墨烯时取得了突破。他们生产了外延石墨烯，这是在碳化硅晶面上生长的单层。研究发现，当制造得当时，外延石墨烯会与碳化硅发生化学键合，并开始表现出半导体特性。测量表明，他们的石墨烯半导体的迁移率是硅的10倍。该项突破为开发全新电子产品打开了大门。研究发表在《自然》杂志上。（科技日报）

2.清华大学取得电化学制备氧化石墨烯的方法专利，产品不含任何金属杂质，石墨烯氧化程度可控

2024年1月3日消息，据国家知识产权局公告，清华大学取得一项名为“一种电化学制备氧化石墨烯的方法“，授权公告号CN113603084B，申请日期为2021年8月。

专利摘要显示，本发明公开了属于石墨烯的制备技术领域的一种电化学制备氧化石墨烯的方法。包括如下步骤：在0~10℃下将鳞片石墨与浓硫酸混合均匀后，逐渐滴加双氧水并进行搅拌，得到鳞片石墨、浓硫酸和双氧水的均匀混合物，将混合物静置得到膨胀石墨；将膨胀石墨装入到器壁开有通孔的容器中，铂丝插入组装为电化学阳极，导电材料作为电化学阴极，阴阳两极浸入到电解液中，通过施加电压进行剥落，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯分散液进行分离和干燥后，得到氧化石墨烯粉末。所述方法避免了石墨片在电化学氧化、剥落过程中的快速脱落，产品不含任何金属杂质，石墨烯氧化程度可控，且设备价格低廉，操作过程简单、安全，易于氧化石墨烯的大规模生产。（金融界）

3.永安行在常州投资成立石墨烯科技公司

近日，常州格立芬石墨烯科技有限公司成立，注册资本1000万元，经营范围包含：石墨及碳素制品制造；石墨及碳素制品销售；石墨烯材料销售；电池制造；电池销售等。企查查股权穿透显示，该公司由永安行、Pinkamol Reangdet共同持股。（证券时报）

4.“江苏省石墨烯电子器件产业专利导航”入选国家首批专利导航优秀成果

（国家知识产权局）

日前，国家知识产权局公布2023年度专利导航优秀成果，在全国范围内遴选30个成效突出、有代表性的成果进行宣传推广。江苏报送的“江苏省石墨烯电子器件产业专利导航”成果入选。

江苏省石墨烯电子器件产业专利导航项目是2021年度江苏省重点产业专利导航项目，项目由江苏省新材料产业协会、江苏省发明协会联合常州二维碳素科技股份有限公司、昀朗石墨烯科技（南京）有限公司等单位共同承担，在各方努力下结出了硕果。

5.福建省石墨烯产业高峰论坛晋江举办

12月28日下午，福建省石墨烯产业高峰论坛在晋江金玛酒店举行。论坛吸引了河南煜和科技集团、烯煜国星新材料公司、蜻蜓烯域石墨烯科技有限公司总裁刘磊，中国商业股份制企业经济联合会产业金融管理工作委员会副主任周鹏以及江苏三六石墨烯研究院院长张大庆等上百位专家及企业界代表参会。

同一天，河南煜和集团科技有限公司分公司——福建省煜和真烯科技有限公司也进行了隆重的开业庆典和河南煜和石墨烯应用技术研究院福建省分院举行揭幕盛典活动。福建省煜和真烯科技有限公司与25家单位现场战略签约。（中国网）

 

天津大学马雷/Walt A. de Heer | Nature |半导体外延石墨烯

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在石墨烯纳米电子学中，半导体石墨烯Semiconducting graphene发挥着重要的作用，因为石墨烯没有本征带隙。在过去的二十年里，通过量子限域或化学功能化，用以改变带隙的尝试，都未能产生可行的半导体石墨烯。

今日，天津大学Jian Zhao, Peixuan Ji, Yaqi Li, Rui Li，马雷Lei Ma & Walt A. de Heer等，在Nature上发文，证明了在单晶碳化硅衬底上，半导体外延石墨烯semiconducting epigraphene (SEG)，具有0.6eV带隙和超过5,000cm2V−1s−1室温迁移率，这比硅迁移率大10倍，比其他二维半导体的迁移率大20倍。

众所周知，当硅从碳化硅晶体表面蒸发时，富碳表面结晶产生多层石墨烯。在SiC硅端接面上，形成的第一石墨层是部分共价键合到SiC表面的绝缘表层石墨烯层。该缓冲层的光谱测量显示了半导体特征，但是该层的迁移率因其无序而受到限制。

该项研究，演示了一种准平衡退火方法，在宏观原子级平台上产生半导体外延石墨烯SEG（即有序缓冲层）。半导体外延石墨烯SEG晶格与SiC衬底对准。并呈现较好的化学、力学和热学性能，并且可以使用传统的半导体制造技术，将其图案化并无缝连接到半金属表层石墨烯epigraphene上。这些基本特性使半导体外延石墨烯semiconducting epigraphene，SEG适用于纳米电子学。

Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide.
在碳化硅上，超高迁移率半导体外延石墨烯。

图1: 半导体外延石墨烯semiconducting epigraphene，SEG制备。

图2:半导体外延石墨烯SEG表征显示了高度覆盖的有序、无石墨烯、晶体学排列的SEG，具有明确定义的带隙。

图3: 氧涂层SEG霍尔棒的传输特性。

图4: 预测的SEG场效应特性。

文献链接
Zhao, J., Ji, P., Li, Y. et al. Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide. Nature 625, 60–65 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06811-0

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06811-0

本文译自Nature。

文章来源：今日新材料

盘点：2023年Nature/Science上的石墨烯研究成果

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1.Nature：增强双层石墨烯的超导性

2023年1月11日，Nature 报道了研究人员在双层石墨烯BLG上制备单层二硒化钨WSe2，通过近邻效应在双层石墨烯中引入自旋轨道耦合，BLG-WSe2 异质结构能够显著地促进超导性能，不仅超导转变温度 Tc 可以提升一个数量级，超导电性也不再依赖于面内磁场，并且超导电性在相图中占据了很大的相空间。同时，研究人员还发现 BLG-WSe2 的相图以及超导关于电位移场，有着很强的非对称性。这表明从二硒化钨近邻得到的 Ising 自旋轨道耦合，在超导库珀配对中起着至关重要的作用。该项研究成果，为设计坚固、高度可调和超洁净的石墨烯基超导体奠定了基础。

文章标题：Enhanced superconductivity in spin–orbit proximitized bilayer graphene

 

2.Nature：石墨烯中流体动力学等离激元和能量波观测

2023年2月22日，Nature 报道了研究人员在超净石墨烯中观察到了流体动力学等离子体激元和能量波。流体动力学狄拉克流体可以拥有集体激发。该项研究使用片上太赫兹光谱技术，测量了石墨烯微型带的太赫兹吸收光谱以及接近电荷中性的石墨烯内能量波传播，在超纯净石墨烯中观测到狄拉克流体显著的高频流体动力学双极等离子体共振和较弱的低频能量波共振。该结果为探索石墨烯系统中的流体动力学集体激发开辟新道路。

文章标题：Observation of hydrodynamic plasmons and energy waves in graphene

 

3.Nature：扭角石墨薄膜的混合维莫尔条纹系统

通过堆叠具有相对扭转角的原子薄范德华晶体形成的莫尔图案可以产生显着的新物理性质。到目前为止，对摩尔纹材料的研究仅限于不超过几张范德华片的结构，因为通常认为定位于单个二维界面的摩尔纹图案无法明显改变块状三维晶体的性质。研究人员对双门控器件进行传输测量，该器件是通过在薄块状石墨晶体上轻轻旋转单层石墨烯片来构建的。研究发现摩尔纹电位改变了整个块状石墨薄膜的电子特性。在零磁场和小磁场中，传输由可门可调摩尔纹和石墨表面状态的组合以及不响应门控的共存半金属本体状态介导。在高场下，由于石墨的两个最低朗道带的独特性质，摩尔纹电位与石墨体态杂交。这些朗道带有助于形成单一的准二维混合结构，其中莫尔和块状石墨状态不可分割地混合在一起。研究结果将扭曲石墨烯-石墨确立为新型混合维莫尔材料中的第一种。

文章题目：Mixed-dimensional moiré systems of twisted graphitic thin films

 

4.Nature：可调谐莫尔准晶中的超导性和强相互作用

准晶体电子态的复杂性和稀缺性，相对于周期性和非晶结构，准晶体的研究仍有限。本研究报告一种高度可调谐准晶体，由周期性组件组装而成，通过以两种不同扭转角度扭转的三层石墨烯，形成两种互不相称的莫尔图案。这种“莫尔准晶体”使研究人员能够在低能量的类周期状态和高能量的强准周期状态之间调节化学势，从而调节电子系统。该结果表明通过改变层数和扭转角以及使用不同的二维组件，可扩展到设计准晶体，产生全新的量子材料系列。

文章标题：Superconductivity and strong interactions in a tunable moiré quasicrystal

 

5.Nature：二维晶体中质子通过纳米尺度波纹的快速输运

结构无缺陷石墨烯在室温条件下对所有原子和离子都具有不可渗透性。本研究使用高分辨率扫描电化学电池显微镜，发现尽管机械剥离的石墨烯单层和六方氮化硼单层的质子渗透过程无法归因于任何结构缺陷，但是纳米尺度下二维膜的非平坦性大大促进了质子传输，质子流的空间分布表明存在与纳米波纹和应力积累引起的其他特征强相关的非均质性。该结果强调了纳米级形态学是实现二维晶体质子传输的重要参数。而二维晶体大多被视为平面晶体并被建模为平面晶体，还表明应变和曲率可以作为控制二维材料的质子渗透性的额外自由度。

文章标题：Proton transport through nanoscale corrugations in two-dimensional crystals

 

6.Nature：栅极可调谐的悬浮石墨烯-水界面结构演变

2023年08月30日石墨烯是研究石墨电极界面微观结构和反应动力学的理想平台。复旦大学研究团队制备出厘米级无基底单层石墨烯，具有栅极可调性，且能悬浮在水性电解质表面，并通过频光谱展示了石墨烯-水界面处的结构演变与栅极电压的关系。该成果为石墨电极界面微观过程的观测提供了一个全新平台。

文章标题：Structure evolution at the gate-tunable suspended graphene–water interface

 

7.Nature：五层菱形石墨烯的轨道多铁性

2023年10月18日，Nature发表的文章报道五层菱形石墨烯的轨道多铁性。多铁性指材料中包含两种及两种以上铁的基本性能，这些铁的基本性能包括铁电性（反铁电性），铁磁性（反铁磁性、亚铁磁性）、铁弹性、铁谷性等。石墨烯的独特结构和超薄特性使其成为呈现多铁性的理想材料。在新研究中，研究人员从石墨中分离出了自然排列出菱形图案的五层石墨烯薄片，在略高于绝对零度的超低温条件下发现，石墨烯呈现出两种铁性：一是非常规铁磁性，即电子会协调轨道运动，沿着同一方向自旋；二是铁谷性，即该材料中的电子更偏好于沉降在在两个能量低谷中的其中之一，而非平等地沉降。此外，研究者可以利用电场控制这两种多铁性。研究人员表示，这是首次观察到铁谷性与非常规铁磁性在同一种材料中共存。一种材料具有多铁性特性意味着它可以节省写入磁性硬盘驱动器的能源和时间，与传统设备相比可以存储两倍的信息量。这可以帮助工程师为经典和量子计算机设计超低功耗、高容量的数据存储设备。

文章标题：Orbital multiferroicity in pentalayer rhombohedral graphene

 

8.Science：石墨烯:弹道和粘性流体的静电成像

2023年2月16日，Science报道了科研人员使用扫描隧道电位仪研究了石墨烯中电子流体穿过光滑可调谐的平面内p-n结势垒限定的通道时，在纳米尺度上的流动过程，并观测到随着样本温度和通道宽度的增加，电子流体流经历了Knudsen至Gurzhi转变，从弹性流体变为粘性流体。该结果建立的模型描述了费米子液体流动随着载流子密度、通道宽度和温度的增加而变化的过程。

文章标题：Imaging the breaking of electrostatic dams in graphene for ballistic and viscous fluids

 

9.Science：纳米尺度光的“反常”折射现象

在这项研究中，作者通过设计由半覆盖单层石墨烯的扩展α-MoO3薄膜组成的vdW异质结构，实验证明了中红外光谱区域从正常折射到负折射的转变。基于红外纳米镜的实空间纳米成像揭示了在大范围入射角上观测到的负折射，这依赖于具有可调谐色散曲线的拓扑极化元。作者利用可逆负折射来演示具有凹或凸波面的纳米级聚焦，由于极激元的高度空间限制和所采用的vdW结构的原子厚度，导致深亚波长焦斑的高度压缩尺寸小于相应照明波长的60倍，强度增强超过10倍，负折射透射率为~90%。从正折射到负折射可以通过静电门进行主动调谐，从而能够原位控制极化元的波前，改变聚焦点及其纳米级光学场。

考虑到现有的二维极化激元材料的广泛范围，作者预计极化激元在其他vdW异质结构中的负折射，例如α-V2O5、黑磷和纳米结构超表面(例如，基于同位素纯h-BN)。广泛的现有材料套件可能导致极性负折射覆盖整个中红外和太赫兹区域。强偏振子场约束，对各向异性偏振子传播和聚焦的灵活控制，以及材料叠加和电门控的可调谐性的综合优势，为光学和热应用中的负折射开辟了令人兴奋的途径。

文章标题：Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons

 

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回顾：2023年Nature\Science上的锂电池成果

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1：固态电解质最新成果 登上Science！

日本东京工业大学创新研究所全固态电池研究中心Ryoji Kanno教授团队利用高熵材料的特性，通过增加已知锂超离子导体的组成复杂性来设计了一种高离子导电的固态电解质，以消除离子迁移的障碍，同时保持超离子导电的结构框架。合成的具有组成复杂性的相显示出改进的离子导电性能。证明了这种高导电固态电解质能够在室温下对厚锂离子电池阴极进行充放电，因此具有改变传统电池配置的潜力。相关成果以“A lithium superionic conductor for millimeter-thick battery electrode”为题发表在Science上。

2：Science：锂空气电池

美国伊利诺伊理工大学（Illinois Institute of Technology）Alireza Kondori，Larry A. Curtiss，Mohammad Asadi等人在Science上发表论文。基于氧化锂（Li2O）形成的锂空气电池理论上可以提供与汽油相当的能量密度。氧化锂的形成涉及四电子反应，这比分别产生超氧化物锂（LiO2）和过氧化锂（Li2O2）的单电子和双电子反应过程更难实现。研究团队通过使用基于嵌入改性聚环氧乙烷聚合物基体中的Li10GeP2S12纳米颗粒的复合聚合物电解质，Li2O是室温固态锂空气电池的主要产品。该电池可在低极化间隙下充电1000次，并可高速率运行。研究成果以A room temperature rechargeable Li2O-based lithium-air battery enabled by a solid electrolyte为题发表于Science。

3：王春生锂电池成果  再发Nature!!!

美国马里兰大学王春生教授等人（共同通讯作者）在正极测采用不同重量比的Bi和Mg粉体球磨法合成了不同成分的Mg-Bi合金（MgxBi84；x=0、2、8、16、24）。由于Mg16Bi84使Li6PS5Cl在1.9 mA cm–2和1.9 mAh cm–2下达到最高的临界电流密度（CCD），选择它来研究Li沉积/剥离活化过程中的Mg迁移过程。Mg16Bi84负极夹层的优点包括：LiMgSx SEI的形成保护了Li6PS5Cl免受还原，并将Li6PS5Cl电解质与Li3Bi层紧密接触；同时，Mg向锂负极的迁移将Li3Bi层粘结到锂负极，在高容量容量时在多孔Li3Bi层的孔中沉积，有效地缓解Li沉积/剥离过程中的应力变化，降低了堆积压力；Li3Bi/Li6PS5Cl界面的高电位（约0.7 V）进一步稳定了Li6PS5Cl电解质，加速了Mg的迁移。更加重要的一点是，Li3Bi的高离子/电子电导率确保了Li沉积在Li3Bi/Li界面上，而不是在Li3Bi/Li6PS5Cl界面上。在正极侧，作者使用一种富氟（F）的界面层，其中F阴离子能够在4.3V时从NMC811表面层迁移到NMC811体相中，从而使得表明涂覆转化为F掺杂，最终使得NMC811从表面到体相的材料稳定性得到大幅度提高，即使在2.5 MPa的低堆叠压力下也能实现极其优异的性能。相关研究成果以“Interface design for all-solid-state lithium batteries”为题发表在Nature上。

4：厦门大学最新Nature！！！

厦门大学化学化工学院廖洪钢教授、孙世刚院士团队，与北京化工大学陈建峰院士团队和美国阿贡国家实验室徐桂良、Khalil Amine研究员团队在液体电池内构建了一个Li-S纳米电池，并结合电化学透射电子显微镜（EC-TEM），在醚类电解质内实现了对电极表面LiPSs演变的高分辨率实时观察。研究表明，活性中心将可溶性LiPSs聚集成类似液滴的密集相，并引发了非平衡纳米晶/无定形Li2S的瞬时沉积，而不是传统的逐步转化。密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟指出，聚集诱导的相变是由于活性中心与LiPSs液滴状密集之间的远程静电相互作用和集体电荷转移行为而导致的。

由于高能量密度和低成本，锂-硫（Li-S）电池被认为是先进能源存储系统的有希望的候选者。尽管在抑制锂硫化物长期存在的“穿梭效应”方面付出了巨大努力，但在纳米尺度上理解锂硫化物的界面反应仍然难以捉摸。研究团队使用原位液体电池电化学透射电子显微镜，直接可视化了锂硫化物在电极表面的原子尺度转化。值得注意的是，研究团队捕捉到了锂硫化物在纳米团簇活性中心固定表面上发生的出乎意料的聚集诱导的集体电荷转移。它进一步导致了从浓密的锂硫化物液相瞬间沉积出非平衡的Li2S纳米晶体。在没有活性中心的介入的情况下，反应遵循了经典的单分子途径，锂硫化物逐步转化为Li2S2和Li2S。分子动力学模拟表明，活性中心与锂硫化物之间的远程静电相互作用促进了由Li+和Sn2−（2 < n ≤ 6）组成的密集相的形成，密集相中的集体电荷转移也被从头分子动力学模拟所验证。这种集体界面反应路径揭示了一种新的转化机制，深化了对Li-S电池的基本理解。相关研究成果以“Visualizing interfacial collective reaction behaviour of Li–S batteries”为题，发表在顶级期刊《Nature》上。该论文的第一作者是厦门大学化学化工学院的博士研究生周诗远，以及北京化工大学的施杰博士。

5：UCLA李煜章最新Nature!!!

美国加州大学洛杉矶分校李煜章教授课题组通过在超快沉积电流密度下超过SEI膜的形成速度来解耦这两个相互交织的过程，同时也避免了质量传输的限制。通过使用低温电子显微镜，本工作发现一旦SEI不再影响锂金属的沉积行为，Li金属将不再沉积为的枝晶状，而是形成了完美的菱形十二面体形貌，这与电解质化学或集流体基底无关。本工作提出了一种脉冲电流源协议，通过利用Li菱形十二面体作为成核种子来克服这种失效模式，从而实现了致密Li的后续生长，提高了电池性能。虽然在过去的研究中，锂沉积和SEI膜的形成一直是紧密相连的，但本工作的实验方法为从根本上理解这些相互解耦的过程提供了新的机会，并为设计更好的电池带来了新的见解。相关论文以题为“Ultrafast deposition of faceted lithium polyhedra by outpacing SEI formation”发表在Nature上。

6：固态电池最新Nature!!! 一作已入职宁德时代

英国牛津大学Peter G. Bruce、T. James Marrow、 Charles W. Monroe教授课题组基于对全固态电池枝晶过程的多尺度多手段表征与原位追踪，提出了新的全固态电池枝晶理论，将全固态电池的枝晶短路过程分为引发和扩张两个不同的阶段，并分别建立了理论模型。其中枝晶的引发产生于锂在与Li/SE界面连通的近界面孔洞（缺陷）的沉积，在孔洞填满后将锂挤出的过程中，过大电流密度使得锂作为粘塑流体的流动过程产生极大的内部应力，从而引发电解质碎裂。而锂枝晶的扩张过程是一个锂枝晶在沉积的动态过程中从枝晶裂纹的尾部将固态电解质楔开（wedge open）的过程。枝晶的引发取决于固态电解质晶界的局部断裂强度、孔洞的尺寸、分布密度、及电流密度；而枝晶的扩张过程取决于固态电解质的宏观断裂韧性，枝晶在裂纹中的分布情况，电流密度，以及充电过程的面容量。根据锂金属在枝晶引发阶段与扩张阶段力学环境的差异，引发与扩张阶段对固态电池外部压力的敏感性截然不同。只有较大的压力才会大幅影响枝晶的引发过程，但枝晶的扩张过程却对外部压力非常敏感。降低外部压力可以显著抑制枝晶的扩张阶段，即使在枝晶引发的状态下也可以大幅延后固态电池的短路。研究成果以“Dendrite initiation and propagation in lithium metal solid-state batteries”为题发表于Nature。宁子杨、李冠辰、Dominic Melvin共同一作。

7：STXM研究锂电池非均相反应动力学

美国麻省理工学院Martin Z. Bazant教授等人工作表明表明，可以从碳包覆的磷酸铁锂纳米颗粒的原位扫描透射X射线显微镜（STXM）图像中了解到非均相反应动力学。将STXM图像的大型数据集与热力学一致的电化学相场模型、偏微分方程（PDE）约束优化和不确定性量化相结合，研究团队提取了自由能级图和反应动力学，并验证了它们与理论模型的一致性，还了解了反应速率的空间异质性，这与通过俄歇电子显微镜（AEM）获得的碳涂层厚度分布非常匹配。在180000个图像像素中，与学习模型的平均差异非常小（<7%），与实验噪声相当。研究结果为学习传统实验方法无法达到的非平衡材料性质开辟了可能性，并为表征和优化非均匀反应表面提供了一种新的无损技术。相关研究成果以“Learning heterogeneous reaction kinetics from X-ray videos pixel by pixel”为题发表在Nature上。

8：18650电池也能发Nature！

伦敦大学学院的Shearing教授利用先进的XRD方法对高速运行的锂离子18650电池进行了充电状态、机械应变和温度的表征。他们观察到不同电池类型和电流条件下的内部温度变化，并发现充电协议对温度升高有重要影响。这项研究为解决与温度相关的电池问题提供了设计缓解措施的可能性，从而改善高速电动汽车应用中的热管理。相关成果以 “Mapping internal temperatures during high-rate battery applications” 为题发表在Nature上。

这项创新性研究通过先进的同步辐射X射线衍射方法，创新性地表征了高速运行的锂离子电池的充电状态、机械应变和温度分布，为高速电动汽车应用中的热管理提供了改进的机会。

 

原文链接：回顾：2023年Nature\Science上的锂电池成果

碳气凝胶：科技前沿的神奇材料，开启未来应用新篇章

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（图片来源于网络）

气凝胶，这一具有高比表面积、高孔隙率和超低密度的宏观固体材料，如今已经成为了科学研究和应用领域的新星。它的大部分是通过凝胶-溶胶法制备湿凝胶，当湿凝胶中的溶剂被逐渐去除，便形成了我们所说的气凝胶。碳气凝胶，更是这一领域的翘楚。

碳气凝胶分类
根据碳气凝胶的原料来源，我们可以将其大致分为三类：石墨基碳气凝胶、有机碳气凝胶和杂化碳气凝胶。

  • 石墨基碳气凝胶，如石墨烯气凝胶和碳纳米管气凝胶，是利用适当的组装工艺，将石墨碳材料直接组装成三维的气凝胶结构。这类碳气凝胶材料因其高度的导电性，被广泛应用于各种电子器件和传感器中。
  • 有机碳气凝胶，其前驱体材料为有机物，经过高温碳化后，有机物转化为碳材料，再通过组装工艺形成三维多孔结构。这类碳气凝胶主要可分为生物质碳气凝胶和聚合物基碳气凝胶两大类。它们具有优异的吸附性能和独特的结构特性，因此在环保、能源等领域有着广泛的应用前景。
  • 杂化碳气凝胶，是近年来碳气凝胶领域的一大发展趋势。通过引入有机基团或者高分子聚合物，可以调节控制各组分之间的比例，从而优化单一组分碳气凝胶材料存在的脆性大、易潮解、柔韧性差等问题。杂化碳气凝胶在保持优异性能的同时，实现了不同材料之间的功能互补，为碳气凝胶的应用提供了更广阔的天地。

碳气凝胶制备方法
溶胶凝胶法、水热法、化学气相沉积法和冰模板法是目前制备碳气凝胶的常用方法。这些方法具有不同的特点和适用范围。

  • 溶胶凝胶法是一种常用的制备工艺，其反应条件温和、操作简单、产品纯度高。该方法制备的碳气凝胶孔径一般分布较窄，孔结构较为有序。溶胶凝胶法一般包括五个步骤：溶胶配制、凝胶老化、溶剂交换、干燥和碳化。其中，干燥工艺如超临界干燥、冷冻干燥和常压干燥等，对气凝胶的结构和性能具有重要影响。
  • 水热法通常在高温高压反应釜内进行，以去离子水为溶剂，并加入交联剂使含碳前驱体与溶剂液体发生化学反应，通过自组装工艺生成三维多孔碳气凝胶材料。该方法是目前制备还原氧化石墨烯气凝胶材料最广泛使用的方法。
  • 化学气相沉积法是一种在气态条件下使反应物发生化学反应，在衬底或催化剂表面生成固态沉积物的方法。此法也是制备碳气凝胶材料的常用方法之一。
  • 冰模板法也被称为“冷冻浇铸法”，利用冰冻过程中形成的冰晶作为模板制备多孔材料。
    这些方法为碳气凝胶的制备提供了多种选择，可根据实际需求选择适合的方法进行制备。

碳气凝胶应用

  • 吸油材料 ：相较传统吸附剂，碳气凝胶材料具有质轻、比表面积大、吸附容量高、解吸简单以及循环稳定性好等优点，因此其在污水处理领域显示出巨大的应用前景。
  • 超级电容器：碳气凝胶材料保持了碳材料高的导电性，因此其被广泛用作超级电容器电极材料。此外，其丰富的孔隙率、高的表面积和三维交联的多孔结构能够有效缩短电子/离子传输路径，进而表现出高的电化学性能。
  • 隔热绝热材料：碳气凝胶材料具有优异的热稳定性，在惰性气氛下 2800 ℃时仍能保持三维多孔结构。而且，碳气凝胶材料丰富的孔结构赋予其超低的导热系数。因此，碳气凝胶被认为是极具潜力的新一代高性能隔热绝热材料。
  • 催化剂载体或催化剂：碳气凝胶材料因其比表面积大、电化学性能稳定以及导电性优良等特点，常被用作燃料电池催化剂或催化剂载体材料。
  • 吸波材料：高性能的吸波材料需要具有良好的阻抗匹配特性，从而使电磁波能够最大程度进入材料内部实现 衰减。碳气凝胶的高孔隙率使得其内部绝大部分为空气，具有较高的阻抗匹配特性。此外，其独特的多孔结构能够使电磁波进行多重反射，有效延长电磁波的传输路径，从而更充分的耗散电磁波。
  • 光热转化：碳气凝胶材料以其优异的导热性、导电性、宽的光吸收范围、高比表面积等优点，在光热转化应用中具有良好的前景。
  • 柔性传感器：碳气凝胶作为传感材料，其高比表面积和相互连通的孔结构可以提供更多的可被功能化的活性位点，加快电子转移，并为目标分析物的吸附和运输提供适宜的通道，从而提供高灵敏度和快速响应的传感特性。此外，具有优异柔韧性和压缩稳定性的碳气凝胶材料，被广泛用作柔性传感器件以及各种智能可穿戴设备中的功能材料。

总结
总的来说，碳气凝胶作为一种新型的固体材料，其制备和应用领域都在不断拓展和创新。我们相信，随着科学技术的不断进步和发展，碳气凝胶将会在更多领域发挥其独特的优势和作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

 

原文链接：http://www.graphene.tv/20231219108718/

工信部发布《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）》，含多种石墨和石墨烯新材料

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12月22日《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）》自2024年1月1日起实施。《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》（工信部原函〔2021〕384号）同时废止。其中前沿材料领域支持石墨烯散热材料、涂布法制备石墨烯电热膜、石墨烯导热复合材料、石墨烯改性发泡材料、石墨烯改性润滑材料、石墨烯防爆电伴热膜材料等。 

此外，碳纳米管、高导热人工石墨膜、高性能石墨密封材料等也在目录之列。

 

链接：工业和信息化部关于发布重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）的通告 

2023年中国石墨烯行业区域市场竞争格局分析 江苏省石墨烯竞争指数最高

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——华东为企业的主要聚集地，华南产业链布局相对完善
在国家及地方政府的支持下，近几年我国石墨烯产业化快速发展，初步构建起以石墨烯原材料、研发、制备、应用为主体的产业链。华东地区凭借其优越的地理位置、便利的交通条件涌现出一批具有规模效应的石墨烯企业，其中以山东、安徽、江苏等区域为代表。

注：企业数量查询时间为2023年9月13日。

从产业链的代表企业来看，石墨烯上市公司主要分布在广东地区，且广东地区石墨烯产业链布局相对完善。具体来看，上游石墨矿资源和石墨烯制备相关企业分布在甘肃、黑龙江、江苏和广东地区;中游石墨烯薄膜/粉体相关企业主要分布在江苏、广东地区;下游应用领域广泛，主要分布在以广东为代表的地区。

——地方政策推动石墨烯产业集群化加速发展
目前，我国江苏作为石墨烯发展先行省份，已经形成了具有一定规模的石墨烯产业集群。随着石墨烯应用范围的不断扩大，我国山东、江苏、福建、四川等行业发达地区都有了较为明确的发展目标，其中福建、宁波和四川的规划石墨烯产业规模到达千亿级别。其他省份，如广西、河北都将打造石墨烯产业集群作为未来重点发展行业进行规划。随着地方政府的积极介入，未来石墨烯未来产业集群化发展有望加速。

——江苏省的石墨烯竞争指数最高
工信部、赛迪研究院发布了《中国石墨烯产业发展竞争力指数》，该报告从发展环境、产业发展、创新能力等石墨烯产业发展的三个关键领域，对我国31个省(区、市)石墨烯产业发展水平、层次和特点进行客观、全面、系统评估分析。从整体上看，全国各地石墨烯产业发展呈现“三级阶梯式”分布态势，石墨烯产业发展进入“平台期”，优势地区“强者愈强”。第一梯队有7个省市，发展水平处于全国领先地位，江苏省以87.54的指数居第一梯队榜首，福建省以75.22的指数从去年的第二梯队跃居到今年的第一梯队。第二梯队省市数量最多，达到16个。

——政策鼓励西部和中部部分地区的石墨烯产业发展
根据国家发布的《产业转移指导目录(2018)》，国家提倡内蒙古、广西、重庆、四川、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆6省5区1市及新疆生产建设兵团西部地区重点发展无机非金属新材料，推动内蒙古稀土功能材料、石墨烯新材料。东北地区(括辽宁、吉林、黑龙江)则可重点发展化工新材料，积极发展生物质化工。中部地区(山西、安徽、江西、河南、湖北、湖南6省)是铝合金、洛阳铝钼钛、铜陵铜基新材料、鹰潭铜、赣州钨和稀土、株洲硬质合金等有色金属精深加工产业集聚区，可布局碳纤维、碳化硅、耐高温及耐蚀合金、先进陶瓷材、石墨烯等。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国石墨烯行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

 

原文链接：2023年中国石墨烯行业区域市场竞争格局分析 江苏省石墨烯竞争指数最高

签约！国家石墨烯创新中心与国际石墨烯产品认证中心合作正式启动

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12月15日，石墨烯检测认证技术咨询合作工作交流会暨国家石墨烯创新中心和国际石墨烯产品认证中心业务合作启动会以线上线下相结合方式在国家石墨烯创新中心召开。

国家石墨烯创新中心主任、中国科学院宁波材料所研究员刘兆平，国家石墨烯创新中心副主任、中国科学院宁波材料所研究员周旭峰，国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟（以下简称石墨烯联盟）理事长李义春，石墨烯联盟副秘书长鲁旻阳，国际石墨烯产品认证中心（以下简称IGCC)法人马慷慨，宁波石墨烯创新中心副总经理徐丹，标准工程师杨丽莉线下参会。欧盟石墨烯旗舰计划标准负责人、国际电工委员会IEC/TC113标委会秘书长、国际石墨烯产品认证中心技术委员会主席Norbert Fabricius，石墨烯联盟副秘书长戴石锋线上参会。

李义春作会议致辞，他指出国家石墨烯创新中心自2022年11月获批组建以来，一直致力于加强石墨烯标准研制和认证工作，并取得阶段性成效，国际石墨烯产品认证中心在该领域拥有丰富且宝贵的资源和经验。双方交流合作，可以发挥强强联合效应，进一步推动中国在石墨烯认证和标准化方面的国际化工作，共同促进全球石墨烯产业化发展。
Norbert Fabricius 详细介绍了国际石墨烯产品认证中心的背景及在国际标准化与产品化认证方面的专业能力。他强调，标准是为产品和客户提供质量保障的重要方式，在国际贸易中国际标准发挥着举足轻重的作用。他建议国家石墨烯创新中心立足国家标准，逐步向国际标准过渡，并表示非常期待双方合作，共同推动石墨烯行业标准制定和产品认证的深入发展。

徐丹介绍了国家石墨烯创新中心在国际合作方面的目标任务和工作思路。她表示创新中心正在谋划与欧盟“石墨烯旗舰”计划进行全方位战略合作，探索国际创新合作的新模式，同时，还将积极探索与海外机构建立合作伙伴关系，引进海外高层次人才团队，共建创新平台，联合开展研发、技术攻关和成果转化。在工作思路方面，徐丹提出包括建立国际合作机制、引进国际先进技术、制定相关标准、成立检测和认证机构以及加强人才培养等系列举措。

会上，戴石锋详细介绍了中国石墨烯行业标准现状，国家石墨烯创新中心标准制定进展及产品认证相关工作思路。

交流结束后，刘兆平代表国家石墨烯创新中心，马慷慨作为国际石墨烯产品认证中心法人，双方签订石墨烯检测认证技术咨询服务合同，标志着双方在石墨烯领域的合作正式启动。

刘兆平表示，很高兴与IGCC建立合作关系，此次合作将为石墨烯产业的发展提供强有力的技术支持和保障，是加快推进石墨烯国际标准制定和产品认证的重要环节，可有力推动石墨烯产业高质量和可持续发展。

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国际合作交流｜签约！国家石墨烯创新中心与国际石墨烯产品认证中心合作正式启动

商务部：已批准符合石墨物项临时出口管制措施的若干申请

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12月14日，商务部召开新闻发布会。商务部新闻发言人束珏婷介绍近期商务领域重点工作有关情况，并回答记者提问。

束珏婷表示，自12月1日优化调整石墨物项临时出口管制措施正式实施以来，商务部陆续收到了相关企业的出口申请，经依法依规审核，已批准了若干符合规定的申请，商务部将继续依法依规对企业的许可申请进行审核，并作出决定。

什么是3D石墨烯？

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作者：利亚姆·克里奇利（Liam Critchley）（化学和纳米技术作家）

石墨烯于 2004 年由诺贝尔奖获得者安德烈·海姆 (Andre Geim) 和康斯坦丁·诺沃肖洛夫 (Konstantin Novoselov) 首次剥离出来，因其二维 (2D) 的奇妙特性而引起了全球的兴趣。曼彻斯特大学的这些研究人员著名地使用透明胶带获得石墨的单原子层，这是由范德华力将数千（或数百）万石墨烯原子层结合在一起。虽然石墨很普通，但二维石墨烯可能是迄今为止发现的最令人兴奋的实用材料。

“石墨烯”一词目前用于描述一系列材料，从通过化学气相沉积 (CVD) 生产的单层石墨烯到纳米颗粒粉末形式的多层石墨烯，再到大而薄且几乎无缺陷 (LTDF) 的薄片。甚至氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（rGO）和纳米片也被称为“石墨烯”。

一种名为“3D石墨烯”的新材料出现了。如果你问这是否矛盾，这是情有可原的，因为石墨烯的奇妙特性是由于其二维结构而成为可能的。毕竟，石墨不是3D石墨烯吗？

什么是二维石墨烯？
描述性的“2D”并非源自石墨烯占据的空间维度。相反，它源自石墨烯每个碳原子一个自由电子的产生方式。二维石墨烯的奇妙特性发生在每个原子的表面，因为在每个石墨烯原子层中，电子被限制在一维（层之间），但电子可以在二维（穿过石墨烯的二维）自由移动层。因此，石墨烯是一种二维材料。

自由电子的这种排序使得高质量石墨烯能够以接近光速的速度传输电力。出于同样的原因，它可以实现高效的热和冷传输。当 LTDF 石墨烯薄片排列成平面结构时，它们的强度比钢强 200 倍。

什么是3D石墨烯？
3D 石墨烯没有单一的定义，因为各个研究人员和公司都根据自己的需求对其进行了定义。虽然 3D 石墨烯材料确实各不相同，但共同点是它们包含形成 3D 网络的互连石墨烯层。因此，在这种情况下，术语“3D”指的是空间排列。

不同形状因素的不同石墨烯材料可用于创建 3D 石墨烯结构，包括“皱褶”和“扭曲”石墨烯、CVD 石墨烯片或石墨烯薄片。无论石墨烯类型如何，不同的石墨烯层都连接形成 3D 网络，可用于创建 3D 宏观结构，例如石墨烯泡沫、石墨烯气凝胶和石墨烯水凝胶。

形成 3D 网络的能力为石墨烯开辟了新的应用领域。这些石墨烯宏观结构包含互连的 3D 多孔网络，与使用平面石墨烯层相比，可以通过不同的方式利用石墨烯层的轻质、机械和导电特性。例如，苏格兰公司 Integrated Graphene 直接在不同的表面上生长 3D 支架（名为 Gii TM）。

3D 石墨烯中的孔往往被明确界定在纳米范围内，孔壁由互连的石墨烯层的薄层组成。制造 3D 石墨烯的方法有多种，其中最常见的是模板辅助方法和基于溶液的方法。在过去的几年里，石墨烯网络已经由各种石墨烯材料制成，包括 CVD 石墨烯、石墨烯粉末和氧化石墨烯材料。几乎不言而喻，形成的 3D 石墨烯的特性会根据所使用的石墨烯类型而有所不同。

3D石墨烯的互连网络由于其高弹性和互连的孔隙网络以及超高的表面积而确实具有有用的特性。对于许多应用来说，正在利用的是孔隙网络。3D 石墨烯材料当然比其他纳米级和微米级多孔材料更轻。事实上，石墨烯气凝胶是现有最轻的固体材料之一。

在使用“皱褶”CVD 石墨烯片制造 3D 结构方面，Lyten 似乎是领先者，其材料被称为“Lyten 3D 石墨烯”。从现有文献来看，Lyten 似乎可以压皱石墨烯片以增加活性位点的数量，从而使暴露的表面与其他材料发生反应。

2D 和 3D 石墨烯有何不同
由于2D和3D石墨烯具有不同的宏观结构排列，因此在性能上存在一些差异，尤其是结构性能。3D 石墨烯的机械性能与 2D 石墨烯有很大不同。虽然尚未发现明确的研究，但报告表明 3D 石墨烯的拉伸强度明显低于 LTDF 石墨烯薄片等。同样，虽然 3D 石墨烯网络的导电性和载流子迁移率优于石墨，但它们的导电性远低于 2D LTDF 石墨烯薄片。虽然估计有所不同，但据报道，3D 石墨烯的电导率为 0.1 – 1 MS/m，而 LTDF 石墨烯的电导率高达 100 MS/m，这意味着 LTDF 2D 石墨烯的电导率是 3D 石墨烯的 100 至 1,000 倍。

3D 石墨烯会受到范德华力的影响吗？
与 2D 石墨烯一样，范德华力在 3D 石墨烯材料中发挥着关键作用，而 3D 石墨烯使用石墨烯薄片/片的方式与 2D 石墨烯非常相似。但对整体材料结构产生的影响存在一些差异。在 2D 石墨烯中，范德华力用于将各层保持在彼此之上，但当涉及 3D 石墨烯时，各个石墨烯层使用范德华力互连成 3D 网络。π-π 堆积和氢键（如果是 GO）也在形成网络中发挥作用，但范德华力是 3D 石墨烯网络保持刚性、多孔结构的关键驱动力。

3D石墨烯的应用领域
LTDF 石墨烯薄片可用作数千种产品中的添加剂材料。虽然 3D 石墨烯保留了 2D LTDF 石墨烯的一些有限性能和特征，但其多孔性质使其能够围绕离子/分子吸收和解吸进行一系列应用。

文献中引用的许多（也许大多数）应用都使用一种或另一种形式的 3D 石墨烯作为超级电容器和电池中的粘合剂材料。人们对金属空气电池（锂空气、锌空气、铝空气和钠空气）很感兴趣，大概是因为 3D 石墨烯网络具有更多的活性催化位点。这提高了阴极的催化活性并提高了电池的整体能量密度。Lyten 还一直将其应用开发重点放在商业化程度较低的领域，并一直在使用 3D 石墨烯来制造电动汽车的 Li-S（锂硫）电池组。人们对使用 3D 石墨烯材料作为生物燃料电池中的电极基底也越来越感兴趣，因为它具有更高的表面积用于细菌定殖或生物催化固定。

另一个应用领域是热电装置，即将热能转化为电能的装置。理想的热电材料应具有金属的导电性、绝缘体的塞贝克系数（响应温差的热电电压）以及低的导热性（如半导体的导热性）。3D石墨烯具有较高的塞贝克系数、良好的导电性和较低的导热性（比2D石墨烯低两个数量级）。这些特性可实现良好的热电性能，因为孔隙会中断声子传输，但不会干扰电子传输，从而可以收集热量并将其转化为电能，因为声子的中断会在材料中产生温差。

生化传感是3D石墨烯的另一个关键应用领域，也是Integrated Graphene及其3D石墨烯传感器产品Gii-Sens TM商业化的目标领域。3D 石墨烯可功能化以检测肽、纤维素分子、活细胞、肿瘤细胞和癌细胞。主要原因是 3D 石墨烯的高表面积允许更多的酶/催化活性，并且许多受体可以在材料中功能化。特别是对于癌细胞来说，低热导率和电化学活性表面是有利的，因为高热导率使得使用温度来区分癌细胞和健康细胞变得困难。在生物技术领域，3D 石墨烯作为组织和骨再生应用的生物相容性支架也引起了人们的兴趣，因为多孔网络为细胞从周围组织增殖并融入周围组织提供了良好的平台。

总体而言，3D 石墨烯是传统石墨烯材料的相邻扩展，许多 3D 石墨烯材料由传统 2D 石墨烯层的互连网络组成。它们在许多应用领域具有潜力，特别是由于它们的多孔性质，但对于大多数材料来说，它们赋予其他材料的核心宏观性能通常远远低于 LTDF 2D 石墨烯。一旦工业量的 LTDF 石墨烯薄片得到广泛应用，看看哪些利基用途继续使用 3D 石墨烯将会很有趣。

3D 石墨烯的 SEM 视图。
https://www.researchgate.net/figure/SEM-view-of-3D-graphene-Theshape-of-grown-3D-graphene-was-observed-via-SEM-The-EDX-on_fig2_311097670

参考：
https://www.chemengonline.com/graphene/

https://lyteabout:blankn.com/3d-graphene/