石墨管

美国P.E石墨管是由高纯石墨粉通过特定工艺压制成的石墨制品。原子吸收光谱法是依椐处于气态的被测元素基态原子对该元素的原子共振辐射有强烈的吸收作用而建立的。此方法具有检出限低准确度高，选择性好,分析速度快等优点，其主要适用样品中微量及痕量组分析。它就是石墨炉分析的核心。 　　美国P.E石墨管的产品特点：　　该元件质地硬而脆，膨胀系数小、能耐急冷急热，不易变形，有良好的化学稳定性，抗酸能力较强，与强酸不反应，抗碱能力较差，在高温下能腐蚀分解棒体。碳棒的抗折强度，随着元件温度的升高而变硬度越大。元件的电阻值，通过电阻率真反映，是按部颁标准规定在25微欧。米测定的。元件的表面负荷电流密度与黑碳棒的原料配方和压制密度有密切关系，可以根据需要任意调整。　　1、碳化炉可实现自动推舟，自动调节推舟速度。 　　2、采用红外测温或光学高温计测温，可实现对炉温的自动控制。 　　3、炉温较高可到2800℃以上，工作温区大，适应范围广。 　　4、双管碳化炉可实现炉管使用时间长，更换炉管方便。 　　美国P.E石墨管的应用行业：　　化工用石墨炉管，防腐板 　　氯碱工业，电镀电解行业用石墨阳极板 　　铸造行业用石墨冷铁块，模具 　　铝材生产用石墨环，滚筒.条.板，金刚石工具石墨模具、地质钻头烧结模具 　　生产新能源材料如锂电池材料用石墨盒，石墨匣钵等。 　　本公司产品广泛应用于冶金，机械、模具、石油、化工、纺织、机电、金刚石工具等各行业。 若想了解更多P.E石墨管产品信息，可点击链接获取：https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100408/H1273506.htm

前 言：　　自从70年代起其至今，我使用过好几款仪器的石墨炉，如：PE403，PE5000，PE3010，GGX-3,180-80，Z-8000，Z-5000，Z-2000，ZA3000等。凑巧的是，上述仪器的石墨炉全部是纵向加热类型的。为了活跃论坛这个&ldquo 草根&rdquo 平台，我就将这些年对纵向加热型石墨炉的认识和体会展现给版友。　　遗憾的是，一来本人的理论水平有限，二来有关石墨炉的文献与论文，从60年代的石墨炉鼻祖利沃夫和马斯曼起，一直到目前的国内外众多的原吸大咖止，比比皆是，令人目不暇接，且全部是正说。因此，如果我也采用&ldquo 正说&rdquo 石墨炉的形式，则深感力不从心，故只能&ldquo 戏说&rdquo 了，望大家见谅!　　(一)纵向石墨炉的历史：　　1959年，前苏联科学家利沃夫(L，vov)设计出了石墨炉坩埚原子化器。　　1967年，德国学者马斯曼(H.Massmann)从利沃夫的石墨原子化器得到灵感，设计出电热石墨炉并于1970年被PE公司应用到商品原吸仪器上。　　由于马斯曼设计的纵向电加热石墨炉首次成为商品仪器，所以之后有人就将这种纵向加热结构的石墨炉称之为&ldquo 马斯曼炉&rdquo ，以示纪念。　　(二)纵向石墨管的结构：　　首先要搞清楚何为&ldquo 纵向&rdquo ?所谓的纵向就是指作用在石墨管上的加热电流I的流通方向与通过石墨管光轴的方向一致。见图-1 所示：　　图-1 纵向加热石墨炉示意图　　纵向加热石墨炉的整体外观和结构示意以及实体分解如图-2，3，4所示：　　图-2 纵向石墨炉外观图(Z-2000)　　图-3 纵向石墨炉结构示意图　　图-4 纵向石墨炉实体分解图(Z-2000)　　从图-3 和图-4 可以看出，纵向石墨炉主要是由：石墨管，石墨环，电极和石英窗组成。　　由于纵向石墨炉问世最早，结构相对简单，石墨管加工的一致性好且成本低廉，加之技术成熟，所以该类型的石墨炉应用较为广泛 目前国内外的原子吸收光度计的生产厂家绝大部分仍然采用的是该类型的石墨炉。　　(三)纵向石墨管的种类：　　无论是纵向石墨炉还是横向石墨炉，最终做热功的还是石墨管 为此有必要介绍一下纵向石墨管的种类和特点。图-5 所示的就是一部分纵向加热的石墨管的外观图。　　图-5 形形色色的纵向石墨管　　不知大家注意没有，在上图中最右侧的那个&ldquo 高大上&rdquo 的石墨管，就是我在70年代时使用过的美国PE-403型原子吸收分光光度计中石墨炉上的石墨管，可惜当时没有想起要保存下一只该管子的实物作为留念，不能不说是一件憾事!　　(1)筒形石墨管：　　纵向加热石墨炉从问世开始(以PE公司原吸为代表)，石墨管就是筒形的，直至目前许多国内外仪器生产厂家例如：PE公司，热电公司，瓦里安公司，GBC公司的部分型号的仪器仍然使用着这种石墨管。如下面所示：　　图-6 几种进口仪器使用的筒形石墨管　　最早的传统筒形石墨管有一个弱点，那就是：由于管子的管壁厚度一致，也就是管子整体的任何一个部位的电阻值是均匀的，所以当石墨管通电加热时，理论上管子的整体的温度应该是均匀一致的才对。这种石墨管的剖面图如下：　　图-7 传统筒形石墨管的剖面图　　可是遗憾的是，由于纵向石墨管两端紧贴着两个质量很大的石墨环和电极之故(见图-4)，所以在原子化加热开始的瞬间，石墨管两端的温度就会因为石墨环和电极的热传导作用而低于石墨管的中央部分的温度 其后经过暂短的时间后(约零点几秒)，管子整体才会达到热平衡。这，就是在许多资料中所经常被垢病的&ldquo 温度梯度&rdquo 现象。　　为了克服这种&ldquo 温度梯度&rdquo 的弊端，于是后人们便产生了提高筒形石墨管两端电阻值的设想。这样原来的一个阻值均匀的石墨管整体R就会被等效看做为三个串联的单体，即(R左R中 　　那么如何提高筒形石墨管两端的电阻值呢?方法只有一个，那就是减少管子两端管壁的厚度。我们在初中物理学到过，一个导电体的截面积与其电阻值成反比。所以减少石墨管两端管壁的厚度就可以提高电阻值。但是要想减少管子两端管壁的厚度，却不能通过将管子外径切削变薄来实现 其原因是：石墨管两端还要保持与石墨环大面积的紧密接触才能减少热损耗。所以即要想提高电阻又要保持管子与石墨环的紧密接触，那只能在管子的内壁上做文章。具体的做法是：用车刀在管子内壁两端刻上几刀沟槽，这样既不影响管子与石墨环的接触也可以提高了两端的电阻值了，可谓一举两得。其示意图和实体图见图-8和图-9 所示：　　图-8 改良后的筒形石墨管示意图　　图-9 改良后的筒形石墨管剖面实体图　　(2)鼓形石墨管：　　改良型石墨管尽管缩短了管子整体的热平衡时间，但是效果还是不太理想。于是有的仪器厂家就设想：如果让纵向石墨管中央放置样品的部位先行到达原子化温度不就可以忽略石墨环的散热影响了吗?要想做到这一点，就要从改良型筒形石墨管做反向思维了 那就是让石墨管的三部分变为(R左R右)了，于是乎，鼓形石墨管则应运而生了 其外观如下次：　　图-10 鼓形石墨管外观　　看到上面的鼓形石墨管，也许有人会问：这种石墨管的外径中间粗(8mm)两端细(7mm)，如果依照前面导体的截面积与电阻成反比的定律，那么此管子的中央部位外径比两端的要粗1mm，其截面积一定大啊!按道理应该中间部位的电阻要小于两端才对，怎么反而说比两端的阻值要大呢?　　下面我将此类管子的实际剖面图展现出来，大家就一目了然了，见图-11所示：　　图-11 鼓形石墨管的剖面实例图　　从上面的照片可以看到，尽管鼓形管的中间外径较两端大1毫米，但是其管壁厚度却小于两端的厚度，两者之差为(2mm-1.5mm)=0.5mm 千万别小看了这区区的0.5毫米的厚度，他却使石墨管中央部分的截面积整整小了约1/4。这样的差别，就会使该管子在原子化加热的瞬间，其中间部位迅速到达预设的原子化温度。如果用肉眼从石墨炉上盖的进样孔观察石墨管的升温状态就会发现这一过程 如图-12，13所示：　　图-12 鼓形石墨管在原子化阶段升温瞬间的状态　　图-13 鼓形石墨管在原子化阶段迅速达到平衡的状态　　从上面两张照片图可以清晰地看到，鼓形石墨管在原子化开始的瞬间的确是从中央部位先行到达预设的原子化温度的，然后再向两端迅速延伸直至达到整体的热平衡，而这个平衡时间是非常短暂的。目前此类型石墨管主要是应用在岛津和日立的原吸上面。　　此外这种鼓形石墨管还有一个优点，那就是管子中间的凹陷部位注入样品后液体不会向两端扩散 这样就保证了全部样品集中在温度最高的区域，有利于原子化。　　(3)异形石墨管：　　这类石墨管主要是喇叭型和哑铃型两类 由于目前几乎难以见到，故不再赘述。　　(4)双进样孔鼓型石墨管：　　这是一种新型的石墨管，其特点是：石墨管中央注入样品的部位被分割为两个空间 这样设计的目的是可以加大进样量，对低含量的样品起到了一个富集的效果 但是采用这种石墨管的仪器对自动进样器的精度要求是很高的，目前为止，这种双孔进样方式只有日立ZA3000型原子吸收上采用 而在横向加热石墨管上是不能实现的。该型管子的外观图和剖面图如下所示：　　图-14 双孔石墨管的外观图　图-15 双孔石墨管剖面图　　(5)平台石墨管：　　此类石墨管就是在管子的中央安放一个悬浮的石墨平台，样品加注在平台上以完成原子化过程。平台石墨管的设计理念就是实现石墨炉分析鼻祖B.V.L&rsquo vov提出的&ldquo 恒温原子化&rdquo 的理念而问世的。该石墨管的剖面图如下：　　图-16 平台石墨管　　(四)纵向石墨炉的特点：　　(1)升温速率：　　众所周知，无论石墨炉是何种形式的，其最终做功而产生的焦耳热的关键部件是由石墨管来完成的。而影响石墨炉灵敏度和重现性的一个重要的因素则是：升温程序由灰化阶段转为原子化阶段瞬间的升温速率的快慢。　　为何这个转换速率对分析的灵敏度的影响是那样大呢?其实原因很简单：当样品完成灰化步骤后，石墨管由灰化阶跃到原子化阶段的时间越短(即升温速率快)样品产生的基态原子数目越多，自然检测到的信号就越强。反之，如果石墨管升温速率慢的话，一部分样品在还未形成基态原子前就会被载气吹跑掉了，自然灵敏度就下降了。这也就是为何石墨炉在原子化阶段采取停止载气的做法的缘由 任何事物都是一分为二的，虽然可以通过停止载气来提高检测信号的灵敏度，但是样品信号的背景值也会随之加大了，熊掌鱼翅不可兼得。　　那么影响石墨管升温速率的因素又是什么呢?答案是：石墨管本身的质量的大小 在同等的升温条件下，质量越小升温速率越快。举一个试验例子：如果将一个大铁球和一个小铁球同时放到火炉中，哪一个先红?毋庸置疑，还是小铁球先红(即达到热平衡早)，我想这个试验结果大家均会给予认可的。目前的纵向石墨管无论是筒形的还是鼓形的其质量均在1克左右 见下表-1：　　表-1　　而横向石墨管的质量均比纵向石墨管大的多，一般在2.5~5.4克之间，见下表-2：　　表-2　　对于横向加热的石墨管而言，由于其本身的质量大于纵向石墨管，所以实际上更加注意升温速率的问题 这些石墨管的设计理念与纵向鼓形石墨管的设计如出一辙，其结构也是中央管壁薄两端管壁厚，从而造成管子整体中央电阻值大二两端小，并且这个厚薄的差异较纵向鼓形石墨管还要明显，远远大于0.5mm。见下图所示：　　图-17 PE公司横向石墨管剖面图　　图-18 Jena公司横向石墨管侧面图　　图-19 GBC公司横向石墨管侧面图　　所以，在升温速率上：从整体来看纵向石墨管优于横向石墨管(质量不同) 从局部来看二者接近(使用空间一样)。　　(2)温度梯度：　　自从纵向加热石墨炉问世以来，关于石墨管整个腔体内空间的温度梯度问题一直就是一个饱受诟病的争论焦点。为此，石墨炉分析鼻祖利沃夫(L，vov)先生就提出了一个&ldquo 恒温原子化&rdquo 的理念。大家熟悉的平台石墨管就是出于这个目的而研发出来的。　　前面已经讲到，由于纵向石墨管两端存在石墨环和水冷电极的散热作用，故在原子化的瞬间致使管子的整体产生了一个两端低，中间高的&ldquo 温度梯度&rdquo 现象 这是一个不争的事实。　　但是经过了一个暂短的时间后，石墨管会立即达到热平衡了。见下图所示：　　图-20 筒形石墨管原子化阶段的升温模型　　图-21 鼓形石墨管原子化阶段的升温模型　　从上面的两张图的比较可以看出，鼓形管由于中间部分的温度高，故其升温速率要稍高于筒形管。　　那么，横向加热的石墨管的究竟有没有&ldquo 温度梯度&rdquo 呢?见下模型图：　　图-22 横向石墨炉工作原理　　图-23 横向石墨管原子化阶段的升温模型　　从图-22，23可以看出，横向石墨管在与电极接触的上下两端，同样也存在水冷电极的散热效应，所以对于横向石墨管整体而言同样也存在着温度梯度，只不过是在光轴通过的区域没有温度梯度罢了。因此纵向与横向石墨管的温度梯度的区别是：从整体来看，二者均有，仅是部位不同 从光轴观察空间来看，在原子化的瞬间，横向石墨管优于纵向石墨管 但是管子温度到达平衡后，二者相差无几了。既然横向石墨管的中间部位没有温度梯度的弊端，但是目前有些横向石墨管(例如PE的)仍然采用平台式的，这是为什么?　　现在的问题关键是，纵向石墨管在原子化的瞬间，管子整体确实存在着温度梯度，这是一个无可争辩的事实。这个过程可用下面的模型图来说明：　　图-24 鼓形石墨管原子化瞬间的升温模型图　　通过上面的模型图不难看出几点：　　1)在原子化瞬间鼓形管的确存在温度梯度，并且鼓形管的中央已经先行到达了预设的原子化温度(参看图-12)。　　2)当石墨管整体温度到达平衡后，两端与石墨环接触的狭小部位的温度严格地讲要略低于整体的温度，这是因为石墨环的电阻要小于石墨管，因此在做功时其温度肯定比石墨管低，但是却要比水冷电极的温度高多了 由此看来，石墨环在这里不仅仅起到加持石墨管的作用，另一个不可忽略的作用就是：在石墨管和电极之间起到一个温度缓冲的隔离作用 如此就可将石墨管两端的温度梯度的影响降到了最小的程度。　　3)鼓形石墨管的容积约600微升，而样品为20微升，仅占总容积的1/30，且位居管子中部。我的疑问：管子两端瞬时的温度梯度能对管子中央部位的20微升的样品产生多大的影响?我想这可能就如同地球一样，尽管南北两极温度很低，但是生活在赤道的居民没有感到寒冷吧?　　4)当鼓形石墨管温度平衡后与横向加热石墨管的状态所差无几(参看图-13)。　　5)石墨环的质量越小，温度梯度的影响也就越小。　　6)石墨炉电路采用温控方式可以减少温度梯度的影响。　　(3)零点漂移：　　纵向石墨管从室温升高至3000° 时，管子本身因热涨的原因会延伸1毫米。由于纵向石墨管的延伸方向与光轴呈现同心圆的状态，所以尽管子受热膨胀，但是不会因物理挡光而使零点信号漂移。这个状态可由下图模型说明：　　图-25 纵向石墨管受热膨胀方向与光轴的关系　　但是当横向石墨管在受热膨胀时，其延伸方向会与光轴方向形成正交，从而影响了零点的位移。所以经常听到使用横向加热石墨炉的用户反映：&ldquo 为何我的石墨炉在空烧时会产生一个很大的吸收啊?&rdquo 其原因就在于此。这种横向石墨管在加热时的位移模型图如下所示：　　图-26 横向石墨管受热膨胀方向与光轴方向的正交关系　　实际上，这种石墨管膨胀方向与光轴形成正交的结果还不仅仅是零点的漂移的问题，因为石墨管在原子化阶段，管腔里面的待测元素和背景的活动非常复杂，据说要用量子力学来解释。正因如此，一直以来许多科学大咖对这个课题的研究从未停止过。　　(五)纵向石墨管的加工和价格：　　通过前面的介绍可以看到，无论是筒形的和鼓形的石墨管，均是圆桶形的 因此加工起来就非常简单了，仅仅使用车床切削即可 并且由于加工工序简单，所以加工出来的成品的同一性，如尺寸，质量等就很容易保证，所以价格低廉。　　而横向石墨管又别称&ldquo 异形石墨管&rdquo ，所以加工起来就相对复杂多了，需要好几道工序，如PE800的石墨管，不但要切削，还要大量的铣床工序，这可以从下图的外观造型上得到印证，所以其价格较为昂贵就在所难免啦!　　图-27 PE800石墨管　　备 注：　　(1)由于本文为&ldquo 戏说&rdquo ，可能难免有些观点不严谨或不科学，那么各位看官就权且当做饭后茶余的消遣罢了 不妥之处，尽可莞尔一笑。　　(2)由于本文仅仅是谈谈个人多年来对于自己使用的纵向石墨炉的体会和看法，之所以例举了横向石墨炉的一些特点，也仅仅是为了做对比说明，仅此而已，并无丝毫褒贬和厚此薄彼之意，特此说明。

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。

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。

日立公司提供的最新 Z-3000型双孔进样石墨管，其优点是增加双倍进样量高达80微升，蒸干的速度加快，缩短了烘干时间。由于增大了进样量，对含量极低的元素的测定成为可能，欢迎有此仪器的用户咨询购买。 010-62233866 北京友谊丹诺科技有限公司 2014.06

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。

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~下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

2020年对任何一个行业来说都是充满挑战的一年，对于石墨烯行业来说亦是如此。但是，石墨烯行业的从业者和学术界研究人员并没有放缓科研的步伐，许多人很快就适应现状，并基于石墨烯创造了优质的解决方案和先进技术。以色列石墨烯信息网根据网站索引科技参考文献的量化排名，评选出了2020年排名前十位的石墨烯应用领域。其中最受欢迎的无疑是医学和传感器领域。具体十大石墨烯应用排名如下，分别是：（1）医疗及公共卫生；（2）传感器；（3）电池；（4）复合材料；（5）汽车应用；（6）涂层；（7）超级电容器；（8）导热应用；（9）导电油墨；（10）电子产品。此外，由于新冠疫情的肆虐，各行各业的发展都有意无意的向抗役倾斜。在以色列石墨烯信息网评选的2020年度石墨烯十大新闻中，大多是事件均与利用石墨烯技术对抗新型冠状病毒有关，这也侧面表明了石墨烯在医疗及公共健康领域所能发挥的重要作用。十大新闻的具体情况如下：1．石墨烯如何协助人们抗争新冠病毒？随着世界各地的研究人员和公司开始与新冠疫情抗争，许多人正在重新审视石墨烯，将其作为具有赢得这场斗争最具潜力的材料。石墨烯已知的抗菌／抗病毒特性，其对医疗器械、传感器和相关设备的有益特性等，都证明其能够发挥很大作用。2．石墨烯放大器电路可释放“太赫兹间隙”图 拉夫堡大学研究人员创造了一种独特的基于石墨烯的装置，该设备可以释放太赫兹波长，并使革命性的新技术成为可能。（图片来源：拉夫堡大学）3． 新型口罩使用石墨烯和电荷阻隔病毒和细菌4. 麻省理工学院研究人员使用石墨烯和氮化硼将太赫兹波转换为可用能量 麻省理工学院的研究人员开发了一种基于石墨烯的器件，可能能够将周围的太赫兹波转换为直流电。（图片来源：麻省理工学院）5． planeTECH和IDEATI推出增强石墨烯的抗菌口罩6．新型石墨烯生物传感器可在一分钟内检测到SARS－CoV－2图 韩国研究人员开发了一种基于石墨烯的场效应晶体管生物传感器，该传感器可在一分钟内检测出COVID－19患者鼻咽拭子中的SARS－CoV－2。（图片来源：Phys）7．固特异推出利用石墨烯技术的自行车轮胎图 著名的轮胎和橡胶公司固特异推出了两种新的自行车轮胎，Eagle F1和Eagle F1 Supersport，两款轮胎均利用石墨烯技术，重量仅为180克（直径23毫米），具有更好的强度和低滚动阻力，改善干湿抓地力和长期耐用性。（图片来源：固特异）8． 新方法使用氢等离子体可消除石墨烯中的褶皱图 中国南京大学研究人员已经开发出一种方法来制造没有任何褶皱的大型石墨烯薄膜。超光滑平整的薄膜，可使利用石墨烯和其他二维材料独特物理和化学特性的电子设备实现大规模生产。（图片来源：《自然》）9．新型利用石墨烯的锂空气电池可使电动汽车续航更长时间图 韩国大邱庆北科技大学（DGIST）研究人员已经在掺硫石墨烯上使用硫化镍钴纳米薄片制造了一种电极，从而形成了具有高放电容量的长寿命电池。（图片来源：DGIST）10．健康科技初创公司Flextrapower推出GO增强型防护口罩作者观点：2020年，由于新冠疫情大爆发，口罩成为了贯穿全年的关键词：它是淘宝2020年度的十大热销商品，累计被搜索超过75亿人次；比亚迪依靠它成为了口罩出货量的世界第一；特朗普因为它引发的“选举欺诈”丢掉了总统，拜登则因为它不仅成功拿回政权，还基本上让民主党控制了参众两院；中国则在它的帮助下率先挣脱了疫情的泥沼。无论是现在和未来，口罩都已成为我们生活中必备的物品。但一次性口罩的时效性短、防疫性能不足的缺点也逐步暴露，虽然口罩的价格并不昂贵，但依然会造成污染和浪费。石墨烯具有很好的阻隔病毒和细菌的特性，成为了这一医疗卫生产品最好的拍档。2020年，全球非常多的厂商都推出了石墨烯口罩，可佩戴更长时间，抗病毒抗菌效果更强，舒适性更高，防尘防静电特性好，甚至有的产品能够实现自然清洗后的重复使用。与口罩的结合最大限度的使石墨烯实现低成本化应用，从而进一步扩大了石墨烯的影响力，促进石墨烯在公共卫生和医疗健康领域发挥更大、更重要的作用。不过短暂的插曲只会影响一时的发展风向，未来，石墨烯的主要应用领域，仍会聚焦在高端结构材料和电子信息功能材料中。

石墨是商用锂离子电池的关键负极材料，也是最常见的二维材料。锂离子嵌入石墨会形成一系列阶结构，阶的微观结构决定着石墨嵌入化合物的物理化学性质。然而它的微观图像及其形成和转变动力学并不清晰，这限制了准确预测石墨嵌入化合物相关性质与性能，也阻碍了石墨在不同工况下的实际应用，比如快速充电。目前，研究人员主要提出了两种模型（Rüdorff-Hofmann和Daumas-Hérold模型）来描述石墨嵌锂形成的阶结构及其演变（图1a-b）。这两种模型显示出相同的长程有序结构，而具有不同的短程结构。揭示阶结构的微观真实面纱需要借助对纳米或者原子结构敏感的表征技术，如透射电子显微镜（TEM）。由于石墨材料对辐照敏感，常规TEM难以得到石墨及其嵌入化合物的真实纳米或者原子结构。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员王雪锋、研究员王兆翔和副研究员肖睿娟等利用冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）和其他表征技术以及理论计算与模拟在纳米尺度上揭示了锂离子嵌入石墨后形成阶结构的特征及其演变机制。　　结果发现，锂离子不均匀地嵌入石墨层间，产生局域应力，导致石墨结构发生扭曲变形，形成位错。不同阶结构之间的转变是通过锂离子扩散以及位错的移动、相互作用和转换实现的。每种阶结构锂化石墨在宏观上是均匀的（具有特征的平均晶面间距和衍射花样的长程有序排列），但在微观上是不均匀的（由不同的阶结构和位错组成）。基于此，该团队提出局域畴结构模型（Localized-domains model，图1c）来描述石墨嵌锂过程中的结构演变。该研究结果联结了锂化石墨中的长程有序结构和局域结构，更新了人们对阶结构及其演变的认识，提出通过缺陷工程改善石墨嵌锂动力学并有望应用于快充电池。 图1 不同石墨嵌锂结构模型示意图 图2 电化学锂化过程中石墨长程结构的演变。（a）原位XRD；（b）锂化过程中石墨的电压曲线（电流密度为20 mA g-1）。 图3 锂化石墨局域结构的演变。不同阶石墨嵌锂化合物的iFFT图像（a-h）及缺陷分数统计（i）。 　　图4 锂化石墨中缺陷的类型及其演变。（a）缺陷示意图及其对应的iFFT图像和应力分布；不同阶石墨嵌锂化合物中的缺陷类型演变（b）及应力分布（c-g）。 图5 锂化石墨中的长程结构和短程结构。不同阶石墨嵌锂化合物的iFFT图像（a-d）及其中的短程结构（e-h）和平均晶面间距（i-l）。 　　图6 Ⅲ阶石墨（LiC18）中三种不同缺陷的结构演变。三种初始（a-c）及弛豫后（d-f）的具有不同缺陷的LiC18结构；（g-i）三种结构中锂离子的扩散路径；（j-l）（e）中结构随着时间的演变。

石墨是商用锂离子电池的关键负极材料，也是最常见的二维材料。锂离子嵌入石墨会形成一系列阶结构，阶的微观结构决定着石墨嵌入化合物的物理化学性质。然而它的微观图像及其形成和转变动力学并不清晰，这限制了准确预测石墨嵌入化合物相关性质与性能，也阻碍了石墨在不同工况下的实际应用，比如快速充电。目前，研究人员主要提出了两种模型（Rüdorff-Hofmann和Daumas-Hérold模型）来描述石墨嵌锂形成的阶结构及其演变（图1a-b）。这两种模型显示出相同的长程有序结构，而具有不同的短程结构。揭示阶结构的微观真实面纱需要借助对纳米或者原子结构敏感的表征技术，如透射电子显微镜（TEM）。由于石墨材料对辐照敏感，常规TEM难以得到石墨及其嵌入化合物的真实纳米或者原子结构。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员王雪锋、研究员王兆翔和副研究员肖睿娟等利用冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）和其他表征技术以及理论计算与模拟在纳米尺度上揭示了锂离子嵌入石墨后形成阶结构的特征及其演变机制。结果发现，锂离子不均匀地嵌入石墨层间，产生局域应力，导致石墨结构发生扭曲变形，形成位错。不同阶结构之间的转变是通过锂离子扩散以及位错的移动、相互作用和转换实现的。每种阶结构锂化石墨在宏观上是均匀的（具有特征的平均晶面间距和衍射花样的长程有序排列），但在微观上是不均匀的（由不同的阶结构和位错组成）。基于此，该团队提出局域畴结构模型（Localized-domains model，图1c）来描述石墨嵌锂过程中的结构演变。该研究结果联结了锂化石墨中的长程有序结构和局域结构，更新了人们对阶结构及其演变的认识，提出通过缺陷工程改善石墨嵌锂动力学并有望应用于快充电池。相关成果以Localized-Domains Staging Structure and Evolution in Lithiated Graphite为题发表在Carbon Energy上。上述研究工作得到国家自然科学基金委和北京市自然科学基金的资助。论文链接 图1 不同石墨嵌锂结构模型示意图 图2 电化学锂化过程中石墨长程结构的演变。（a）原位XRD；（b）锂化过程中石墨的电压曲线（电流密度为20 mA g-1）。 图3 锂化石墨局域结构的演变。不同阶石墨嵌锂化合物的iFFT图像（a-h）及缺陷分数统计（i）。 　　图4 锂化石墨中缺陷的类型及其演变。（a）缺陷示意图及其对应的iFFT图像和应力分布；不同阶石墨嵌锂化合物中的缺陷类型演变（b）及应力分布（c-g）。 图5 锂化石墨中的长程结构和短程结构。不同阶石墨嵌锂化合物的iFFT图像（a-d）及其中的短程结构（e-h）和平均晶面间距（i-l）。 　　图6 Ⅲ阶石墨（LiC18）中三种不同缺陷的结构演变。三种初始（a-c）及弛豫后（d-f）的具有不同缺陷的LiC18结构；（g-i）三种结构中锂离子的扩散路径；（j-l）（e）中结构随着时间的演变。

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。

p style="text-indent: 2em "近日，在2018石墨烯前沿技术高峰论坛上，中国经济信息社发布《2017—2018中国石墨烯发展年度报告》（下称《年报》）。《年报》梳理2017年我国发布的石墨烯相关政策认为，我国石墨烯扶持政策进一步细化，聚焦共性技术攻关、示范工程实施、服务平台搭建、标准体系建设等。/pp style="text-indent: 2em "2017年我国发布《新材料产业发展指南》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等文件，均提出支持石墨烯材料规模化制备、微纳结构测量表征等共性关键技术突破。/pp style="text-indent: 2em "为加快新材料创新成果转化和应用，2017年工信部、财政部、保监会建立新材料首批次应用保险补偿机制并开展试点工作，把5种石墨烯材料纳入重点新材料首批次应用示范指导目录。以“政府引导、市场运作”为原则，对新材料应用示范的风险控制和分担作出制度性安排，以期突破新材料应用的初期市场瓶颈，激活和释放下游行业对新材料产品的有效需求。/pp style="text-indent: 2em "在服务平台搭建和标准体系建设方面，2017年我国出台的《新材料产业发展指南》指出，以石墨烯等前沿新材料为重点，形成开发共享公共平台，建立公共服务平台。《国家工业基础标准体系建设指南》提出开展石墨烯及制品等产品性能与检验方法标准研制。/pp style="text-indent: 2em "从应用领域来看，我国政策鼓励在电化学储能、海洋工程、柔性电子器件、重大环保技术装备、汽车、纺织品行业等领域拓展石墨烯应用，并把石墨烯列入增强制造业核心竞争力行动计划。/pp style="text-indent: 2em "《年报》认为，我国政府多部门合力推进石墨烯技术、标准与应用等，以示范应用培育市场，打通石墨烯商业化路径。/pp style="text-indent: 2em "《年报》由中国经济信息社联合江南石墨烯研究院共同研撰。中国经济信息社与常州西太湖科技产业园管委会合作打造中国首个石墨烯高端产业智库，持续开展信息与智库研究，共建石墨烯产业生态圈。/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

宝钢集团广东韶关钢铁有限公司（简称：韶钢）前身是广东省韶关钢铁集团有限公司，始建于1966年8月22日。2011年8月22日，宝钢集团与韶钢签订重组协议。2012年4月18日，挂牌成立。 韶钢年产钢能力650万吨，集钢铁制造、物流、工贸为一体，是广东省重要的钢铁生产基地、国家高新技术企业和中国重要的船板钢、工程机械和水电站用高强钢板、建筑结构用高建板、桥梁板、锅炉和压力容器用钢板生产基地。板材、线材、棒材三大系列产品，主要在珠三角及广东邻近省销售，部分出口。其中广东省韶关松钢股份有限公司质量检测中心是以钢铁冶金产品、金属制品、焦炭、煤化工产品、机械设备、零配件、原辅材料等为主。 2018年5月格丹纳正式将ds-72全自动石墨消解仪“入驻”广东省韶关松钢股份有限公司质量检测中心使用，格丹纳售后服务一条龙从发货到安装、培训、上机学习。 全自动消解出箱安装于质量检测中心实验室 全自动消解无需经过通风柜安装 实验室人员上机操作实验 细心的记录每个实验过程与步骤 格丹纳工程师安装完后马上对实验人员进行了一对一上机培训，讲解到全自动石墨消解仪使用过程需要的注意事项、保养维护。经过培训后实验人员进行了现场的上机操作并与工程师进行交流。 广州格丹纳仪器有限公司以打造“做好用的科学仪器”为使命，为客户提供全自动石墨消解仪、智能石墨消解仪、实验室电热板、自动水浴氮吹仪前处理等科学仪器及行业实验室解决方案。

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

p　　去年，华为掌门人任正非曾表示，未来10～20年，将迎来石墨烯颠覆硅的时代。随后，有西方媒体报道，西班牙研发出石墨烯电池，充电8分钟可续航1000公里。近年来，石墨烯似乎已成为无所不能的新材料之王。/pp　　中国科学院长春应用化学研究所(以下简称长春应化所)研究员牛利等人近日在石墨烯材料的制备及应用研究方面取得重要进展，该成果获得2015年吉林省自然科学奖一等奖。/pp　　牛利在接受《中国科学报》记者采访时表示：“虽然石墨烯材料具有相当特殊的物理及化学属性，但距离真正的实际应用还有很长的路要走。”/pp　　strong超级材料/strong/pp　　石墨烯存在于自然界，只是难以剥离出单层结构，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。/pp　　2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈· 盖姆和康斯坦丁· 诺沃肖洛夫从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。/pp　　他们不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。两人也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。/pp　　据牛利介绍，石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状结构的一种碳质新材料，具有极好的电学、力学、热学以及光学性能。/pp　　常温下，石墨烯电阻率比铜或银更低，是世界上电阻率最小的材料。石墨烯因电阻率低、电子迁移的速度快，有望用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。/pp　　石墨烯既是最薄的材料，也是最韧的材料。曾有实验证实，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克，却可以承受一只一千克的猫。/pp　　另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。/pp　　石墨烯的特殊性能使其迅速成为国际先进材料研发的新热点，引发了国内外科研人员的跟踪研究，牛利团队就是其中之一。/pp style="text-align: center "img title="untitled1.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201512/insimg/397ad04f-a6c9-4ae0-b410-480666e616ca.jpg"//pp style="text-align: center "诺沃肖洛夫团队捐赠给斯德哥尔摩的石墨、石墨烯和胶带/pp　　strong性能改良/strong/pp　　这些年，牛利带领长春应化所现代分析技术工程实验室材料电化学课题组，密切关注国际石墨烯材料研发发展的最新趋势，围绕二维石墨烯材料理论设计、制备合成、性质表征以及其在电分析化学领域的应用开展了系列研究工作。/pp　　由于石墨烯片层之间具有强烈的相互作用，使其非常难以剥离。牛利告诉记者：“传统的氧化剥离方法是通过强氧化剂，让石墨烯边缘发生氧化作用，出现片层结构扭曲。这种方法由于使用大量的强氧化剂，如高锰酸钾、浓硫酸等试剂，制备的石墨烯材料结构可控性差，缺陷多，产率也较低。”此外，该方法直接产生的是石墨烯氧化物，还需要进一步的还原处理才能得到最终的石墨烯材料。/pp　　牛利团队利用微波能量辅助，同时辅以有机小分子插层剂，在石墨片层间通过微波逐渐渗透插层剂，使石墨烯片层逐渐剥离。“这项技术方法无需经过石墨烯氧化阶段，不仅可以直接制得高度还原性的石墨烯材料，还可以低成本、大批量制备高品质的石墨烯材料。”/pp　　当前，国际上制备石墨烯薄膜多采用昂贵的CVD(化学气相沉积)方法，牛利团队发现，这种方法很难控制薄膜的厚度，特别是难以进行复杂的图案化设计。另外，化学还原剂无论是液态还是气相的，都会导致二次化学试剂的使用。/pp　　“我们采用电化学技术，仅仅通过界面的电子转移过程，就可以控制石墨烯氧化物在界面的电化学还原沉积程度，这种方法技术简单、成本低廉、绿色环保，同时结构厚度、性状可控。”牛利说。/pp　　牛利团队还探索了新型石墨烯及其杂化材料在电极界面修饰、分析传感及其他相关领域的应用。/pp style="text-align: center "img style="width: 499px height: 420px " title="untitled2.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201512/insimg/f7e4c11e-2c48-4aa2-93bd-047c011cbc1e.jpg" width="499" height="509"//pp style="text-align: center "显微镜下的石墨烯“单晶”/pp　　strong目标驱动/strong/pp　　他们设计制备了石墨烯片层、薄膜和石墨烯杂化材料，并进一步探索了石墨烯及其杂化材料的化学结构特征和反应机理，将石墨烯及其杂化材料应用在传感分析、复合材料以及能源环境领域。/pp　　“作为工业技术，石墨烯要实现产业化，仍有许多未能克服的困难。”牛利指出，尽管国际上已经发布一些研究结果，将石墨烯用于电池电极材料、电容器器件构造、力学增强材料、导热薄膜等应用领域中，但这些领域的研究还有诸多的科学及工程技术问题亟待解决。/pp　　因为石墨烯的制备方式目前在技术上还存在缺陷，通过实验室内研制的石墨烯成本居高不下。曾有研究人员计算出目前的石墨烯价格高达5000元/克，比黄金还贵十几倍。/pp　　围绕化学制备石墨烯材料，低成本、大批量制备高品质石墨烯是个值得关注的技术问题。围绕微电子学及器件领域，科研人员还需要解决如何降低器件材料的制备成本、提高器件结构的均一性，如何将微观操作及纳米构造技术用于石墨烯器件中等问题。/pp　　目前在石墨烯材料的一些应用领域，如储能器件、导热材料、透明薄膜等方面，虽然已经有围绕需求的、具有应用前景的研究工作报道，但由于缺乏明显的直接应用领域及工程技术方法的结合应用，导致研究工作与应用需求还存在一定的距离。/pp　　牛利告诉记者：“将基础研究与工程技术方法有机结合，特别是与应用目标驱动结合，将会使石墨烯材料研究成果更好地投入到实际应用中。”/p

发光二极管点亮光明前程 发光二极管的英文简称为LED，通常它由镓与砷、磷的化合物制成。在接通电源后，其中的电子与空穴复合时能辐射出可见光。人们发现，磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点包括工作电压很低 工作电流很小 抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长 通过调制电流强弱可以方便地调制发光的强弱。基于这些特点，发光二极管在许多光电控制设备中用作光源，在电子设备中用作信号显示器。　　冷却可提高发光二极管性能　　在大力提倡节约能源的今天，发光二极管作为照明灯越来越受到人们的青睐，其市场在不断扩大。据介绍，上海世博园区内使用了10.5亿颗发光二极管灯泡，世博场馆室内照明光源中约有80%采用发光二极管作为照明光源，相较于普通白炽灯省电达90%左右。专家表示，2010年中国发光二极管销售产值将突破1500亿元人民币，相当于2008年的两倍。　　面对广阔的市场需求，人们在努力提高发光二极管照明灯的性能。研究发现，虽然发光二极管工作电压和电流很低，但是它仍然存在着发热问题。发光二极管的温度每降低10华氏度，其发光部件的寿命就能增加一倍，因此冷却对提高发光二极管照明灯的性能十分重要。　　新石墨泡沫冷却材料闪亮登场　　美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)材料科学和技术部研究人员詹姆斯克勒特发明了一项称为石墨发泡的技术。利用该技术，人们能够获得石墨泡沫(graphite foam)材料。用石墨泡沫帮助冷却发光二极管照明灯，可以更有效地控制其发热，从而延长其寿命并降低价格。此举有望扩大发光二极管照明灯的用户群。　　克勒特说：“在(石墨发泡)技术降低发光二极管照明系统、稳定并延长其寿命的同时，该技术能够取代普通照明灯设备的更换和维护开支，每年为城市节约数百万美元。”他希望石墨发泡技术能够为顾客节约开支。　　与传统的利用金属铜和金属铝等散热材料相比，新技术制成的石墨泡沫具有多种优点，比如，石墨泡沫导热性高、重量轻和加工容易。这些特点使得石墨泡沫材料拥有更好的设计适应性，成为更轻、更廉价和更高效的发光二极管照明灯冷却材料。　　据悉，石墨泡沫具有的特殊石墨晶体结构是形成其良好导热性的关键。晶体结构的“骨架”中充满了气穴，与石墨相比，石墨泡沫的密度只有石墨的25%，因此其重量较轻。石墨泡沫特有的纽带网能够快速地将热源的热量散发掉，因而它是一种理想的冷却材料。　　作为首推的节能照明用品，发光二极管照明灯因其耗能低、紧凑和平均寿命长的特点得到了越来越多的利用，其在街道照明和停车场照明等方面的应用需求也在不断提高。　　LED北美公司专门为在城市、商业和工业领域的应用提供发光二极管照明灯产品。为不断提高发光二极管照明灯的性能，确保自己在与对手长期的竞争中处于有利地位，日前公司与橡树岭国家实验室签订了石墨发泡技术合作协议，获得了该技术的使用权。公司准备用该技术生产石墨泡沫，并用石墨泡沫以被动式冷却方式帮助发光二极管照明灯部件散热。　　LED北美公司设立在橡树岭国家实验室名为“技术2020”的实验孵化基地内，公司和实验室建立起了良好的关系。公司创始人之一安德鲁威廉表示，与橡树岭国家实验室为邻，公司与实验室的研究人员可以更方便地密切合作，以完善石墨泡沫材料与发光二极管照明灯。

化学需氧量（COD）是一个重要的水质指标，用于衡量水中有机物污染的程度。COD值越高，说明水中含有的需要被氧化的还原性物质越多，也就是有机物污染越严重。在河流污染和工业废水性质的研究中，COD可以作为一个重要的参数来评估水体的污染状况。同时，在废水处理厂的运行管理中，COD也是一个关键的指标，可以用来监测处理效果，确保出水达到环保标准。石墨COD回流消解器主要由主机、冷却装置、加热装置、玻璃器皿等4大部分组成，采用微机技术进行定时控制加热电炉板和风扇，可对12个回流装置同时进行加热。石墨面加热，均匀度更好，更加安全。石墨COD回流消解器采用玻璃毛刺回流管代替球形回流管，并以风冷加水冷技术取代自来水冷却方式。冷却部分主要由毛刺冷凝管和双风机完成，加上上部分球形回流管内冷却水和机内风机的双重作用，确保了样品的回流冷却。符合水质cod《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》HJ828-2017标准。 产品参数1、测量范围：5～800mg/L,800～10000mg/L (经稀释) 2、同时加热样品数量：8-10-12个3、测量时间：不大于2小时 4、测量误差：邻苯二甲酸氢钾标准溶液（500mg/L），相对标准偏不大于5.0%，工业有机废水（500mg/L），相对标准偏不大于8.0%5、环境温度：0～45℃6、准 确 度：COD与经典回流法比对，结果在正常偏差范围内7、加热功率：3000W平均功率：1600W8、温度可调范围：32-400℃9、恒温精度：±2℃10、升温时间：室温至180℃＜30min11、采用石墨材质加热板，温度更均匀。

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”。

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)。图 3 高导热石墨烯膜的制备与表征影响高导热石墨烯膜热导率的第二个因素是石墨烯的片层尺寸。前文Xu等的工作表明，单层石墨烯的导热声子平均自由程可达~10 μm量级，选择大尺寸的石墨烯片层有利于减少声子与材料边界的散射，提高热导率。Kumar等用片层大小超过80 μm的石墨片作为原材料，经Hummers法制备得到平均片层大小约30 μm的氧化石墨烯分散液，并通过真空抽滤得到氧化石墨烯薄膜，经过57%的HI处理还原后得到石墨烯膜，测量得到强度达到77 MPa，热导率超过1390 W∙m−1∙K−1。Peng等用平均片层尺寸108 μm的GO制备了氧化石墨烯薄膜，并通过3000 ℃热处理还原，得到热导率高达1940 W∙m−1∙K−1的石墨烯薄膜。除了通过还原氧化石墨烯薄膜，石墨烯膜还可通过石墨烯分散液的方法制备。Teng等利用球磨方法将石墨块体剥离成石墨烯片层，并得到浓度为2.6 mg∙mL−1的石墨烯的N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液。再通过抽滤、烘干、2850℃热处理得到石墨烯薄膜，测量热导率为1529 W∙m−1∙K−1。一般认为，由石墨烯分散液制备石墨烯薄膜的最大优势在于保留了石墨烯的平面结构，使得薄膜具有比较高的本征热导率。这一优势从理论上讲具有合理性，但是仔细分析便可发现并非绝对：由于制备石墨烯分散液往往需要施加强机械力(研磨、球磨等)，石墨烯分散液中的片层尺寸通常较小(小于1 μm)；而且由于缺少含氧官能团，石墨烯片层间的相互作用较弱，存在着优劣势相互抵消的可能性，所以在实际应用前仍需要经过石墨化过程。我们认为，这一方法的优势在于易规模化、生产效率高。由于不存在片层相互作用，石墨烯分散液抽滤成膜速度较快(~几小时)，易于连续抽滤；对比氧化石墨烯抽滤成膜，通常需要几天方可得到几十微米厚度的薄膜。同时，由于制备石墨烯分散液可由机械研磨完成，易于实现规模化、标准化，因而具有良好的工业应用前景。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、表征与热性能测试表 2 石墨烯导热膜主要研究成果4.2 高导热石墨烯纤维的应用高导热石墨烯纤维是一种新型碳质纤维，通过石墨烯分散液经过湿法纺丝的方法有序组装而成。其主要优势在于同时具备良好的力学、电学和热学性能，并且可以通过湿法纺丝的方法大量制备，易于实现规模化，与纺织工艺结合，可达到千米级的产量。石墨烯纤维与石墨烯薄膜的原材料相似，通常为氧化石墨烯分散液或官能化的石墨烯分散液，因而其热导率的主要影响因素也具有共同之处，石墨烯的片层大小和石墨烯片层间的界面强度有重要作用。值得注意的是，Xin等的研究发现，组装石墨烯纤维时使用两种不同片层大小的石墨烯分散液进行级配具有最好的物理性能。他们将大片层(横向尺寸~23 μm)与小片层(横向尺寸~0.8 μm)的石墨烯分散液混合纺丝，热处理后得到了热导率高达1290 W∙m−1∙K−1的石墨烯纤维，导热性能优于单一组分制备的石墨烯纤维。大片层石墨烯为长平均自由程声子提供了传热空间，小片层石墨烯在大片层石墨烯之间起到键合作用，提高了石墨烯片层之间的界面致密度，从而提升了石墨烯纤维热导率。4.3 石墨烯在热界面材料中的应用石墨烯作为高导热材料，可作为导热填料应用于热界面材料(Thermal interface material，TIM)中。热界面材料是应用于芯片封装中的一种材料，主要作用是填充芯片中的空气间隙，起到给芯片提供力学支撑、电磁屏蔽、辅助散热的作用。传统的热界面材料使用的是填充有陶瓷、金属、碳材料等作为导热填料的树脂基复合材料，利用高分子材料的力学性能提供保护，通过添加导热填料提高散热能力。由于树脂的热导率非常低(小于0.5 W∙m−1∙K−1)，并且商用的导热填料热导率也较低(氧化铝热导率~35 W∙m−1∙K−1)，整体热界面材料的热导率多为1–10 W∙m−1∙K−1之间。研究者尝试将高导热的石墨烯作为导热填料，提高热界面材料的导热能力。以下重点介绍石墨烯增强树脂基复合材料的热导率的主要影响因素。4.3.1 分散性石墨烯片层作为填料，在基体中的分散性对复合材料的导热性能有至关重要的影响。传统的热界面材料中，导热填料在基体中的分散性良好，填充比例可以高达90% (w)，即便导热填料为球形结构，也可以形成完整的导热网络，而导热网络的形成对于复合材料导热性能的提升至关重要。石墨烯作为片层状材料，在树脂基体中必须相互搭接，方可形成有效导热网络。为了实现这一目标，要求石墨烯在树脂基体中具有良好的分散性。常见的制备方法包括基于氧化石墨烯分散液和石墨烯分散液两种工艺路径。对于氧化石墨烯分散液，由于氧化石墨烯中存在大量羟基、羧基等基团，与极性溶剂相溶性较好，可以制备较高浓度的分散液(~30 mg∙mL−1)，提高在树脂基体中的填充量。这种方法的主要挑战在于需要对氧化石墨烯进行还原以提高热导率。对于石墨烯分散液，由于保留了石墨烯的平面结构而具有相对较高的高热导率，但是由于官能化程度较低，石墨烯与树脂基体界面为范德华力搭接，存在分散性不佳的问题。提高分散性的一种方法是对石墨烯进行化学键修饰，通过化学反应给石墨烯引入特定基团，使石墨烯与高分子基体形成化学键，提高分散性。Guo等利用NH2-POSS与水合肼与氧化石墨烯共同作用，在氧化石墨烯表面接枝氨基并进行还原，得到化学修饰的石墨烯。将此种化学修饰石墨烯与聚酰亚胺基体混合，得到热导率为1.05 W∙m−1∙K−1的复合材料，固含量为5% (w)，比聚酰亚胺热导率高4倍。Zhang等通过硅烷偶联剂ATBN在膨胀石墨表面引入氨基，提高了石墨烯与环氧树脂基体的键合强度，同时增强了环氧树脂固化的力学性能，得到热导率为3.8 W∙m−1∙K−1的石墨烯增强复合材料，比环氧树脂热导率高出19倍。这种方法的主要优势在于形成石墨烯与小分子之间的化学键，提高石墨烯与树脂基体间的界面强度。主要问题在于化学反应过程通常会引入缺陷，使得石墨烯自身的热导率下降。Shen等研究发现化学键改性的效果与石墨烯片层大小有关：当石墨烯片层尺寸小于临界尺寸(通常为微米级)时，化学键改性对热导率提升起主要作用；当石墨烯片层尺寸大于临界尺寸时，热导率主要由石墨烯自身决定。提高分散性的另一种方法是对石墨烯进行非化学键修饰，这种方法主要利用石墨烯与小分子之间形成π−π键共轭，并利用小分子上的其他基团与高分子基体形成相互作用。形成共轭π键并不需要破坏石墨烯的C―C键，从而减少了化学反应过程中缺陷的产生。Teng等利用含芘结构的高分子Py-PGMA对石墨烯在丙酮分散液中进行非化学键修饰，起到“桥梁”的作用：一方面芘结构与石墨烯形成共轭π键，另一方面PGMA中的环氧结构与环氧树脂基体在加热与固化剂作用下进行偶联，提高了石墨烯在环氧树脂基体中的分散度，得到了热导率为1.9 W∙m−1∙K−1的环氧树脂复合材料。另外还可以通过机械方法提高石墨烯与树脂基体间的界面强度，包括使用强力超声方法提高分散度、真空抽滤混合、热压等。总结来看，提高分散度往往意味着在保留石墨烯本征的高热导率与提高石墨烯和高分子基体的界面热导间做出权衡，如何定量分析两个因素对复合材料热导率的影响将是值得研究者关注的问题。4.3.2 三维导热网络石墨烯在树脂基体中形成导热网络是提高热界面材料热导率的重要条件。相比于传统热界面材料中填充球形氧化铝，石墨烯因为其二维材料的特性，比表面积大，更容易形成导热网络，因而在相同填料比的条件下更具优势。由于石墨烯片层具有较大的宽厚比，自发形成三维导热网络并不容易。一种方法是利用模板法通过CVD生长得到三维结构的石墨烯泡沫。这种方法以具有孔结构的材料为模板，通过CVD方法在表面沉积得到石墨烯，再通过刻蚀剂去除模板，得到石墨烯泡沫。Shi课题组及首先测量了CVD法生长的石墨烯泡沫的热导率，发现其热导率为1.7 W∙m−1∙K−1，而石墨烯固含量仅为0.45% (volume fraction，x)。后来，该课题组将石蜡灌封进石墨烯泡沫形成复合材料(图5a–b)，测量得到其热导率为3.2 W∙m−1∙K−1，比石蜡自身的热导率提高了18倍，并且石墨烯的填充比仅为1.23 (x)。后续工作中，Kholmanov等在石墨烯泡沫中通过CVD法原位生长碳纳米管，在泡沫孔结构中形成导热网络(图5c–d)，将丁四醇灌封后形成导热复合材料，热导率为4.1 W∙m−1∙K−1，比无碳纳米管填充的石墨烯泡沫-丁四醇复合材料热导率提高了1.8倍(图5d–e)。考虑到CVD法制备的石墨烯以少层石墨烯为主，这一方法在建立三维导热结构的最大程度减少了石墨烯的填充比，适用于超轻、超薄的精细结构导热应用。图 5 石墨烯泡沫作为三维导热网络的高导热聚合物基复合材料另一种方法是利用石墨烯片层自组装形成水凝胶，再通过冷冻干燥、冰模板法等方法形成三维的石墨烯宏观结构。水凝胶中石墨烯的含量可低至2.6% (w)，其余部分均由水组成，因而由水凝胶形成的石墨烯三维结构可以有效降低石墨烯固含量。Wong课题组利用定向凝固的方法用大尺寸的氧化石墨烯液晶制备了氧化石墨烯三维结构，石墨烯片层受过冷度的影响形成纵向排列为主的定向结构。通过高温还原后灌封环氧树脂，得到复合材料的热导率为2.1W∙m−1∙K−1，比环氧树脂自身热导率提升超过12倍，并且填充比低至0.92% (x)。这种方法实际上是以石墨烯气凝胶为骨架，填充聚合物形成复合材料。其优势在于石墨烯气凝胶的制备工艺与调控手段已经很成熟，且比起CVD方法生长的石墨烯泡沫更易实现规模化制备。不足之处在于需要经过还原反应得到石墨烯，而氧化石墨烯制备过程中的缺陷不易完全修复。石墨烯填充的高导热聚合材料主要工作汇总于表3。表 3 石墨烯填充高导热复合材料主要研究成果从以上工作可以看出，通过气相沉积方法和湿化学方法均可得到三维石墨烯导热宏观结构，浸渍聚合物后可以得到高导热的三维石墨烯网络增强复合材料。其主要优势是用较低的填充量即可形成导热网络，而主要挑战在于石墨烯宏观结构要具有一定的强度，否则在与聚合物复合过程中容易出现碎裂。比起传统的混料过程，制备石墨烯泡沫与石墨烯气凝胶工艺相对复杂，如何实现工业生产中的实际应用仍需在工艺路线上继续创新。5 总结与展望自从单层石墨烯热导率被实验测得以来，石墨烯导热的研究取得了长足的发展。本文总结了石墨烯热导率的测量方法，重点介绍了拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。探讨了石墨烯热导率的影响因素，并介绍了石墨烯在导热器件中的应用。在石墨烯导热研究方兴未艾的同时，我们注意到理论研究、实验测量和实际应用中仍然存在挑战。首先，是石墨烯高导热的声子学解释。2010年Lindsay提出ZA声子是单层石墨烯中热导率贡献最大的声子模，这一理论成功解释了单层石墨烯热导率高于石墨块体。而当考虑四声子散射时，ZA模声子的贡献又低于LA、TA。如何理解单原子层中的ZA声子振动、如何预测高阶声子散射对石墨烯热导的贡献，仍需要深入的理论计算提供支持。其次，是准确测量石墨烯热导率的长度依赖和厚度依赖。随着测量技术进步，拉曼光谱法和悬空热桥法能够准确测量单层石墨烯的热导率。但是如何实现指定厚度石墨烯的转移、如何实现大尺度悬空石墨烯样品的放置，仍具有一定的技术挑战。这一部分研究是最难、最有意义也最令人感兴趣的，预期未来微纳尺度传热测量方法将继续进步，对理论预测的结果进行验证。最后，是石墨烯导热应用的工艺因素。目前，石墨烯导热膜的热学性能和力学性能已经与石墨化聚酰亚胺膜相当，并在特定领域实现了商业应用。而在这一课题中，高导热石墨烯材料的制备与技术工艺密切相关。如何实现石墨烯片层高热导率与石墨烯片层紧密搭接的双目标优化，如何低成本大规模地构建石墨烯三维导热网络，要回答这些问题仍需对石墨烯制备工艺进行深入摸索与不断改良。随着石墨烯导热研究在理论计算和实验测量的不断深入，我们相信，高导热石墨烯材料将在电子器件、能源存储、生物医学、国防军工等领域发挥更大的价值。6 “石墨烯检测技术及应用进展”主题网络会议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

从“买不到”到“买不起”，自2020年底开始的全球范围内的“缺芯荒”，有着愈演愈烈之势，芯片价格飙涨至5倍仍不见停。全球性芯片荒似乎没有经过多少时日，就如多米诺骨牌一样，冲击着全球百余行业，从汽车、钢铁产品、混凝土生产到空调制造，甚至包括肥皂生产，都或多或少受之影响，多位业内专家表示，至少要到2022年全球芯片供应链才能恢复正常化。随着5G通讯、智能汽车及线上化办公的发展，仿佛一夜之间人们对芯片的需求就提升了数个级别。芯片产业的发展，对单晶晶圆及单晶硅材料的需求也一夜暴涨。众所周知，单晶晶圆及单晶硅材料是制造半导体芯片的基本材料，也是集成电路产业的基石。目前最广泛使用的半导体晶圆材料为单晶硅晶圆，此外还有以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第二代半导体材料，以及以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为代表的第三代半导体材料。1975年，Intel创始人之一的戈登摩尔提出摩尔定律后，集成电路一直沿着“当价格不变，每18个月晶体管的密度增加一倍、性能提升一倍”的路径发展。单晶硅作为芯片产业中最为关键的基础材料已发展了数十年，在晶体管尺寸接近物理极限、经济成本越来越高的当下，集成电路发展遇到了挑战，产业发展进入“后摩尔时代”，如何在摩尔定律之外进行材料创新，更显得尤为重要。6月9日，世界半导体大会在南京召开，中国科学院院士、上海交通大学党委常委、副校长毛军发在主题演讲中表示，集成电路的发展有可能会绕开摩尔定律，往异质集成电路上发展。所谓异质集成电路，即是将不同工艺节点的化合物半导体高性能器件（芯片）、硅基低成本高集成器件/芯片（都含光电子器件或芯片），与无源元件或天线，通过异质键合成或外延生长等方式集成而实现。而在这个过程中，单晶化石墨烯无论是作为外延生长衬底材料，还是新型器件材料，都拥有广阔的发展空间。石墨烯是由碳原子组成的六角蜂窝状二维原子晶体材料，具有线性色散的狄拉克锥形能带结构，载流子有效质量为零，迁移率极高，拥有非常优异的物理性能。而石墨烯薄膜材料又有单晶和多晶之分。与传统的多晶石墨烯相比，单晶化石墨烯具有多种优势。多晶石墨烯晶粒畴区小且不均一，晶粒尺寸通常为5-20 µm，但单晶的晶粒最大可达厘米级。单晶石墨烯的载流子迁移率室温下约为 300000 cm2/Vs，远高于多晶石墨烯由于存在晶界限制的1000-3000 cm2/Vs。此外，多晶石墨烯层数调控性差，且存在大量的本征缺陷，这导致了其电学、力学、热学等诸多优良性质的降低。相比之下，单晶石墨烯性能优异，可构筑高性能的电子器件或光电子器件，逐渐成为硅基电子学器件的有力竞争者和补充者。石墨烯材料想要进入芯片、光电等高精尖领域，类比于基于硅晶圆的硅电子器件，基础则是单晶化石墨烯材料的批量制备。图1 北京石墨烯研究院单晶石墨烯晶圆（左）与多晶石墨烯（右）光镜图像对比欧盟石墨烯旗舰计划（Graphene Flagship）提供了一种新颖的单晶石墨烯生长技术，即通过光刻技术在衬底表面打上用于石墨烯单晶晶体生长的“晶种”，随即通过调控生长技术，控制石墨烯晶体在指定位置的晶种上生长，最后形成约100 μm级的单晶石墨烯晶体。这种方法可以自由控制晶体生长位置，便于在制备光电子器件前期妥善排布材料空间，同时降低了各类生长耗材的使用。然而，这种制备方式虽然技术可控，但工艺难度较高，生长效率低，不便进行产业化放大，难以满足市场中日渐增长的产业需求。图2 a-d为欧盟旗舰计划“晶种”技术单晶石墨烯生长及转移过程；e为单晶石墨烯阵列SEM图像；f为单晶石墨烯在铜箔上的光镜图像；g为转移至SiO2/Si后的光镜图像高品质单晶石墨烯是目前全球范围内对石墨烯材料性能和品质最极致的追求。市场数据表明，欧盟石墨烯旗舰计划目前最大单晶石墨烯尺寸在4厘米级，且仍旧处于科研研发状态，欧洲最大CVD石墨烯生产商Graphenea也仅能产业化制备晶畴为20 μm的多晶石墨烯材料，远低于集成电路产业的要求。我国虽然是石墨烯制备的产业大国，无论在企业数量还是石墨烯产能上，都傲居全球榜首，但主要集中在粉体材料或低品质多晶薄膜材料，而高品质石墨烯薄膜的批量制备技术依然是当前石墨烯产业发展的瓶颈。根据CGIA公开数据显示，截至20年底，中国拥有约1.7万家石墨烯相关注册企业，但据统计，真正开展业务的仅3000余家，而粉体制备及相关应用企业占据绝大多数。同时，由于缺少稳定的生长工艺和可靠的制造装备等原因，传统CVD制备方式批量生产的单层石墨烯薄膜材料多为多晶石墨烯，从事高端单晶化CVD石墨烯薄膜的企业更是寥寥无几。毫无疑问，单晶石墨烯生长工艺更加复杂，处理技术更加困难，但单晶石墨烯没有晶界，具有更高的平整度、机械性能、均一性及光电性能，是石墨烯应用于高性能电子及光电器件集成的理想材料。尤其是在异质集成、生物传感器、第三代半导体及其外延材料的生长上，对单晶化石墨烯材料有着更高品质的要求。北京石墨烯研究院（BGI）及刘忠范院士团队深耕石墨烯产业十数年，在单晶化大尺寸石墨烯薄膜生长上突破了产业化的技术壁垒，通过特殊的衬底处理工艺，可实现A3尺寸衬底上高品质石墨烯薄膜的宏量制备，年产能15000片/年，以及10x10 cm2铜基单晶石墨烯薄膜的制备，年产能90000片/年。无论在产品尺寸、晶粒畴区还是质量上，北京石墨烯研究院单晶化石墨烯产品都拥有无可比拟的优势。表1 北京石墨烯研究院单晶石墨烯产品参数尺寸通过短短五个月的市场化试运行，北京石墨烯研究院的单晶石墨烯产品已收获包含军方、中车集团、新加坡国立大学等国内外50余家一流高校科研院所与企业的订单，其中超半成和异质结构、半导体材料、光电器件相关。北京石墨烯研究院的单晶化石墨烯产品，逐渐在异质集成领域崭露头角。基于强大的市场需求及核心基础地位，伴随疫情带给社会生活的巨大改变，全球都在加码发展半导体产业。“未来的变化是产业‘赛道’可能会变，新材料和新架构的颠覆性技术将成为后摩尔时代集成电路产业的主要选择。”赛迪顾问股份有限公司副总裁李珂在2021世界半导体大会上如是表示。后摩尔时代，异质集成作为绕道摩尔定律创新的途径之一，结合石墨烯等新兴光电新材料，开辟石墨烯颠覆性应用技术，为我国早日实现“中国芯”具有重要意义。

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。

李昌厚（中国科学院上海生物工程研究中心上海 200233）摘要：本文根据分析工作的实际需要和作者的实践，从原子化温度、扣背景、原子化时间、重复性和灵敏度等几个方面研究了横向加热石墨炉原子吸收分光光度计（AAS）的特点，并对横向加热和纵向加热AAS的有关问题进行了讨论。0、前言 石墨炉AAS的加热方式有两种：一种是沿光轴方向加热，叫做纵向加热；另一种是与光轴垂直方向加热，叫做横向加热[1]。从仪器学理论[1]的角度来看，横向加热石墨炉AAS有十大优点[2]（适合复杂体系、温度均匀、消记忆效应、消拖尾、对试样要求低、原子化温度低、降低炉体要求、温度梯度小、原子化时间短、灵敏度高）。从仪器学和应用的实际要求来看，横向加热石墨炉AAS的十大优点是纵向加热石墨炉AAS 无可比拟的。目前，因为横向加热的AAS难度大、成本高，所以，全世界只有6家[2]AAS生产企业能够生产横向加热的AAS。但是有人说：纵向加热石墨炉AAS的原子化温度最高可达3000℃，而横向加热AAS最高只能达到2650℃，所以纵向加热石墨炉AAS比横向加热石墨炉AAS好。也有人说：氘灯扣背景是横向加热石墨炉AAS一种很好的扣背景方法，但是也有人说：只有具有塞曼扣背景的横向加热石墨炉AAS才能叫横向加热石墨炉的AAS，氘灯扣背景的石墨炉AAS仪器，不能算是横向加热石墨炉的AAS仪器。本文将从仪器学理论和分析化学应用实践的角度，讨论这些问题。作者抛砖引玉，希望引起业内同仁对这个问题的重视和讨论，以帮助广大科技工作者正确理解这个问题，共同努力来提高我国各类AAS仪器及其应用的水平。1、关于AAS的原子化温度1）AAS的基本原理是先将被测物质由分子变成原子，随后原子蒸气中的原子对入射产生吸收，通过检测入射光和出射光的变化来分析元素的含量。横向加热AAS加热温度的最大特点是石墨管里温度基本均匀、原子蒸气浓度基本均匀。AAS的使用者不应一味追求原子化温度高，不是纵向加热的3000℃就比横向加热的2650℃好。只要原子化后，原子蒸汽浓度能满足AAS检出限（或灵敏度）的要求就可以了；并且，要求在相同温度下，原子蒸汽的浓度越高越好、原子蒸汽浓度越均匀越好。一般元素在1500℃-2500℃都能开始原子化；而有些元素1500℃以下、甚至几百度就能开始原子化[2]。目前还没有发现温度必须达到2600℃以上才能开始原子化的元素。纵向加热石墨炉的AAS，即使制造商说仪器能提供3000℃的原子化温度，也只是说石墨管中心这一点处的温度是3000℃，并非整个石墨管里（包括两端）的温度都能达到3000℃；实际上，纵向加热石墨管中心点的温度达到3000℃时，两端的温度只有1600℃左右。原子蒸气的浓度也和温度一样，并且呈正太分布[2]。而横向加热石墨炉AAS的最高加热温度是2650℃，是指石墨管里中心点处的温度是2650℃时，两端的温度可以达到2000℃，比纵向加热高出400℃；并且，横向加热时原子蒸气浓度在石墨管中的分布基本上是均匀的。从整个石墨管里的温度、原子蒸气浓度来看，横向加热优于纵向加热。因为横向加热石墨炉AAS仪器原子化器的温度均匀，所以石墨管内原子化蒸汽浓度均匀，在石墨管中心温度为2650℃的情况下，石墨管里整个空间的原子蒸汽浓度高。因为纵向加热AAS石墨管内的原子化器的温度不均匀，在石墨管中心温度为3000℃情况下，石墨管里两头的原子蒸汽浓度比较低；从下面的图表，可以清楚看出；当加热温度为2000℃时，横向加热时石墨管里的温度基本上为均匀分布的2000℃，而同样情况下，纵向加热时石墨管里的温度不均匀，呈正态分布，石墨管中心温度为2000℃时，两端的温度只有1600℃。2）一般元素对原子化温度的要求[3] 据文献报道[3]、[4]：很多元素1000℃左右就开始原子化（大多如此）；各元素原子化温度不同，第一族至第八族元素共61种， 1000℃以下没有能较好原子化的元素。值得提出的是：纵向加热时石墨管中心的温度3000℃时，两端的温度只有℃1600℃[2]，石墨管里的温度呈正态分布，原子蒸汽也是呈正态分布；横向加热2650℃，整个石墨管里的温度基本上是平坦的，原子蒸汽的分布基本上也是平坦的。所以，从仪器学角度看，如果只是石墨管中心温度高，而两端的温度梯度太大，说明石墨管里的原子蒸汽也是梯度分布，这样会影响AAS的灵敏度、稳定性、峰拖尾等等。特别应该指出的是：从仪器学理论来讲，Campbell[7]等提出的“原子化起始温度”概念、马怡载等[8] 和王平欣等[9]定义的“原子化出现温度”的概念都非常重要；马怡载等说的是产生0.004吸光度（即：产生1%吸收）时所对应的温度为“原子化出现温度”；王平欣等说的是指产生2倍噪声的吸光度时所对应的原子化温度为“原子化出现温度”。这些概念，对理解石墨管里的原子化温度非常重要。一般来讲，他们说的这些温度基本上都是指在一定条件下，这些温度下产生的原子蒸汽浓度能够测出它们对光的吸收（或者说能产生1%吸收）。也就是说，在这个温度下元素开始原子化产生的原子蒸汽浓度，就能满足检测到2倍噪声的吸光度值的要求。这也就是我们说的原子化温度。马怡载等测出的54种元素的“原子化出现温度”中，最高的为2573K（Tu），其余53种都在此温度以下。所以，横向加热石墨炉AAS的2650℃，完全能满足分析工作的要求。不会有2600℃以上才能开始原子化，更不会有3000℃才会产生“原子化出现温度”的元素。根据李攻科[5]、[6]等人报道，“元素的理论原子化效率，是原子化温度的函数；在一定的原子化温度范围内（如：900℃ -2300℃），理论原子化效率与原子化温度呈线性递增关系”；“… … 在一定的原子化温度范围内，理论原子化效率随原子化温度变化的斜率是相近的”。所以，在同一种加热方式下，AAS仪器能给出温度高者为好；但是，纵向加热的理论极限值是3000℃，横向加热是2650℃，如果温度再增高就会产生多布勒增宽，使谱线变宽，再以峰高计算时会降低灵敏度。上表中的温度不是绝对数值，只能供读者参考；因为随着仪器不同、仪器条件选择的不同、环境的不同等等，数字可能会有变化。2、关于横向、纵向加热的原子化时间、原子化温度、灵敏度和重复性与纵向加热的比较[2]1）原子化时间比较（数据来自各厂商当时市场在用仪器的使用手册）上表中的温度不是绝对数值，只能供读者参考；因为随着仪器不同、仪器条件选择的不同、环境的不同等等，数字可能会有变化。2)关于横向、纵向加热的原子化时间、原子化温度、灵敏度和重复性与纵向加热的比较[2]由表所述，在相同条件下，同一种元素的同样原子蒸气浓度的情况下，横向加热比纵向加热温度低。3）灵敏度比较（数据来自各厂商当时市场在用仪器的使用手册）综上所述，横向加热的灵敏度比纵向加热高。但是，有些AAS使用者在仪器条件的选择、样品前处理上没有认真思考，没有根据仪器学理论要求，没有选择仪器在最佳条件下工作，所以，有些人用横向加热仪器做出的灵敏度不如纵向加热仪器，就误认为横向加热石墨炉AAS的灵敏度不如纵向加热石墨炉AAS的灵敏度高。对于仪器学理论和仪器条件的学习是值得AAS使用者应该特别注意、应该认真研究的问题，所有AAS的使用者都应该对此引起高度重视。4）重复性[2]试样在石墨里的位置、均匀程度等状态，会直接影响其原子化程度，即原子蒸汽浓度；而横向加热试样处在石墨管内的平台上，纵向加热试样处在石墨管内壁上（凹面上）。二者的加热效率是横向加热大大优于纵向加热。因此二者的RSD明显不同。如表所述，横向加热的RSD优于纵向加热的RSD。结论：综上所述，可以得出横向加热AAS与纵向加热AAS优缺点的比较结论如下：（1）横向加热石墨炉AAS的原子化时间短，利于保护炉体、延长炉体寿命；纵向加热石墨炉的原子化时间长，不利于保护炉体、容易损坏炉体；（2）横向加热AAS的灵敏度比纵向加热的灵敏度高；主要是因为前者温度均匀，原子蒸汽浓度均匀所致；（3）横向加热AAS的重复性（RSD）优于纵向加热的AAS；也是因为石墨管内温度均匀所致；3、关于横向加热氘灯扣背景和塞曼扣背景[2]1）横向加热AAS氘灯扣背景的优缺点：优点：空心阴极灯的光不分束（总光能量强大）；紫外区光强度大；制造难度小、价格便宜；缺点：只能适用于UV区（但是AAS主要用在紫外区）2）横向加热塞曼扣背景的优缺点：优点：全波段扣背景（但AAS可见区很少使用全波段，基本上使用在紫外段） 缺点：空心阴极灯的光要分成两束光；紫外区光能量弱（AAS主要用在紫外区）；制造难度大；价格贵！3）氘灯扣背景的横向加热AAS与塞曼扣背景AAS灵敏度（特征质量）的比较：国产的氘灯扣背景横向加热（某国产）与美国塞曼扣背景横向加热（某国产）灵敏度（特征量）的比较（数据来自有关商家的用户手册）；共21个元素；国产TAS-990的灵敏度有19个元素优于美国AA-800。4、结论： 综上所述，可以得出以下结论：1）石墨炉横向加热AAS优于纵向加热的AAS，理由如下：①横向加热石墨炉AAS，其石墨管内原子蒸汽浓度均匀、温度曲线平坦；纵向加热石墨炉AAS的原子蒸汽浓度不均匀、温度曲线呈正态分布；②没有或很少元素要求3000℃才能够开始原子化；③ 使用者不能盲目追求原子化的温度（高）；温度过高时会产生多普勒增宽，使谱线变矮、变宽，降低灵敏度，还会可能损坏炉体；④ 横向加热石墨炉AAS有十大优点[2]；特别是灵敏度、重复性、原子化时间、原子化温度等技术指标都优于纵向加热石墨炉AAS；2）氘灯扣背景的横向加热AAS，在检测一些元素的灵敏度优于塞曼扣背景的横向加热AAS；并且性价比高、结构简单、操作简便。3）塞曼扣背景只是AAS扣背景的方法之一，有一定优势；氘灯扣背景也是横向加热AAS扣背景的方法之一，也有一定优点；所以，不能简单的说氘灯扣背景的AAS不是横向加热的AAS。4)横向加热AAS最主要的缺点是：仪器结构比较复杂、加工难度大；这也是为什么目前全世界只有六家公司能够生产横向加热AAS仪器的主要原因。5、主要参考文献[1]李昌厚著，仪器学理论与实践，北京：科学出版社，2006 [2]李昌厚著，原子吸收分光光度计仪器及其应用，北京：科学出 版社，2006[3]邓勃等编著，原子吸收光谱分析，北京：化学工业出版社，2004[4]邓勃著，原子吸收光谱分析的原理、技术和应用，北京：清华大学出版社，2004 [5]李攻科等，杨秀环，张展霞， GFAAS中理论原子化效率与原子化温度的关系研究光谱学与光谱分析，2001， 20（l），76 [6]李攻科等，杨秀环，张展霞，原子吸收光谱分析中石墨炉的原子化效率，光谱学与光谱分析， 2002，22（1），278[7] Campbell W C ,Ottaway J M.Atom –formation processes in carbon-furnaceatomizers used in atomic absorption spectrometry .Talanta ,1974,21(8):837[8] 马怡载等，石墨炉原子吸收光谱法，北京：原子能出版社[9] 王平欣等，“出现温度”观念及其在考察原子化机理过程中的应用，光谱学与光谱分析，1986,5（6），56Abstuact：According to the theory of instrumention and analysiss chemistry, The characteristics for Graphite fumace atomic absorption transverse heating and Longitudinal heating of graphite fumace atomic absorption in atomization temperature ,background correction ,atomization time ,repeatability and sensitivity aspect etc compared .Meanwhilsomproble discussed in this paper.作者简介李昌厚，男，中国科学院上海生物工程研究中心原仪器分析室主任、兼生命科学仪器及其应用研究室主任、教授、博士生导师、华东理工大学兼职教授，终身享受国务院政府特殊津贴。主要研究方向：长期从事分析仪器研究开发和分析仪器应用研究。主要从事光谱仪器（紫外吸收光谱、原子吸收光谱、旋光光谱、分子荧光光谱、原子荧光、拉曼光谱等）、色谱仪器（液相色谱、气相色谱等）及其应用研究；特别对《仪器学理论》和分析仪器指标检测等有精深研究；以第一完成者身份，完成科研成果15项。由中科院组织专家鉴定，其中13项达到鉴定时国际上同类仪器的先进水平，2项填补国内空白；以第一完成者身份获得国家级和省部级科技成果奖5项（含国家发明奖1项）；发表论文183篇，出版专著5本；现任中国仪器仪表学会理事、《生命科学仪器》付主编；曾任中国仪器仪表学会分析仪器分会第五届、第六届付理事长；国家认监委计量认证/审查认可国家级常任评审员、国家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大仪器及其应用专项的技术专家组成员或组长、上海市科学仪器专家组成员、《光学仪器》副主编、《光谱仪器与分析》副主编、《生命科学仪器》副主编、上海化工研究院院士专家工作站成员等十多个学术团体和专家委员会成员等职务。

2019年9月20至22日在山西煤炭化学研究所举办了第七届石墨烯青年论坛，石墨烯青年论坛于2013年发起，至今已成功举办六届，分别由浙江大学、哈尔滨工业大学、中国科学技术大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、上海应用技术大学与上海交通大学（合办）、中国科学院兰州化学物理研究所举办。今年由中国科学院山西煤炭化学研究所主办，重点交流最近一年来青年科学家在石墨烯领域的最新研究进展。此届石墨烯青年论坛参会人数百余人，石墨烯青年论坛已发展成为国内石墨烯领域颇具特色和影响力的专业学术会议，弗尔德仪器携旗下有幸参与此次盛会，与该研究领域的优秀中青年科学家共同学习和交流。 参会嘉宾合影留念 在论坛大会上，首先由中科院金属所的成会明院士为大会致辞，并带来“研究中的简单美”—石墨烯研究的几个实例为题的报告，第二个是中科院山西煤化所的房倚天副所长为大会致辞，清华大学深圳研究生院的康飞宇老师为大家做“天然石墨深加工与石墨烯粉体制备技术”为题的报告，与现场石墨烯领域的中青年学者和专家进行了深入交流和经验分享。 小知识石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料[1]。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至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，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；导热系数高达5300 W/mK，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/Vs，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ωcm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料[5][1]。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 热处理CarboliteGero（卡博莱特盖罗）是弗尔德科学仪器事业部制造实验室和工业马弗炉、烘箱的专业品牌，加热温度范围30-3000℃。在石墨烯行业中，CarboliteGero具有丰富的行业应用经验，是全球知名的热处理炉供应商。卡博莱特?盖罗Carbolite ? Gero高温管式炉HTRH，可在水平位置上操作，最高温度可达1800°C。凭借多种多样的配件，HTRH系列在高温范围内可提供完整的系统解决方案。 研磨粉碎德国RETSCH（莱驰）强大、灵活的行星式球磨仪PM100满足快速将样品研磨至亚微米级的所有要求，并且保证结果具有可重复性。常被用来做高难度样品研磨，从常规的样品处理到胶体研磨和机械合金。行星球磨仪超高的离心力带来极大的粉碎能量，因此所需研磨时间非常短，可将样品研磨到纳米级的细度。 粒度粒形分析Camsizer X2采用了更高分辨率的光学系统，提供更多的分析模块可选。CamsizerX2可选的X-Fall、X-Jet和X-Flow三种模块可让您根据不同的应用和要求进行分析，由于具有足够的进样量也不受其他因素（如折射率）影响，Camsizer X2还能够准确测量到粉体的整体形态信息，比如球形度、对称性等。 元素分析仪德国Eltra（埃尔特）能够对固体样品中C/H/O/N/S元素进行精准分析。新的ELEMENTRAC CS-d是一台可靠，精准，耐用的燃烧法碳硫元素分析仪。红外检测池配置灵活，C,S测量范围宽泛，从ppm级一直到100%。ELEMENTRAC CS-d针对有机和无机样品中C,S的测量，一台仪器整合了两种炉体，即高频感应炉和电阻炉。

引言石墨烯是由sp2杂化的单层碳原子构成的蜂窝状二维原子晶体材料，是古老的碳材料家族的新成员，拥有无与伦比的物理化学性质。石墨烯有两种基本形态。一种是石墨烯粉体，通常由数十纳米到数十微米的微小石墨烯片堆积而成；另一种是通过碳源高温裂解反应生成的连续态石墨烯薄膜。存在形态不同，性质差异很大，用途也完全不同。石墨烯纤维是近年来发展起来的新的石墨烯形态，通常从氧化石墨烯粉体出发，经有序组装、 化学还原、高温处理等工艺制得。石墨烯纤维的结构比较复杂，作为初始结构单元的氧化石墨烯微片通过化学还原和高温化学反应形成准连续的石墨烯薄膜，其片层间的堆垛结构依处理工艺差别很大。从堆垛结构上看，石墨烯纤维接近传统石墨；而从宏观形态上看，它类似于碳纤维。石墨烯粉体通过与高分子复合，可在一定程度上改善高分子材料的力学、电学乃至热学性能，派生出一类石墨烯/高分子复合材料。 理论上讲，高温外延生长而成的连续态单晶石墨烯薄膜最能体现石墨烯的本征优异特性，如超高载流子迁移率、极高的热导率以及超强的力学强度等。这种连续态石墨烯薄膜通常生长在铜、镍等金属表面，金属的作用是降低碳源裂解温度和石墨化温度。金属材料具有很好的导电性和导热性，原子级厚度的石墨烯的优良导电、导热特性会淹没在宏观厚度的金属生长衬底贡献的电子汪洋大海背景中。因此，在实际应用中，需要将石墨烯从金属生长衬底表面剥离下来，转移到目标支撑衬底上。实现单原子层厚度的石墨烯剥离转移无疑是一个巨大的技术挑战，从某种意义上讲，决定着连续态石墨烯薄膜的发展未来，这是制约石墨烯薄膜应用的瓶颈所在。超级蒙烯材料是本研究团队提出的新概念，为破解连续态石墨烯薄膜应用的剥离转移瓶颈提供了一个全新的解决方案。通过高温生长过程和巧妙的工艺设计，在传统材料表面沉积连续态石墨烯薄膜。借助高性能石墨烯“蒙皮”，赋予传统材料全新的功能，让原子级厚度的石墨烯薄膜搭乘传统材料载体走进市场(图1)。不同于石墨烯涂料在材料表面的物理涂敷，这种直接生长的连续态石墨烯“蒙皮”最大程度地保存了石墨烯的本征特性，是普通石墨烯微片材料所无法比拟的。这也是冠之以“超级”的原因所在。需要强调指出的是，超级蒙烯材料体现了连续态石墨烯薄膜应用的新理念，借助传统材料衬底，解决了超薄石墨烯薄膜的无法自支撑问题，同时回避了金属衬底上薄膜生长的剥离转移难题。超级蒙烯材料是一类新型石墨烯复合材料，通过高温工艺实现石墨烯与传统材料的直接复合。例如，利用特殊设计的化学气相沉积工艺，在广泛应用的传统玻璃纤维表面生长石墨烯，即可得到新型“蒙烯玻璃纤维”材料。石墨烯蒙皮的存在赋予蒙烯玻璃纤维优良的导电性和导热性，为传统玻璃纤维带来全新的性能。尤其重要的是，纳米级到亚微米厚度的石墨烯蒙皮基本上不改变衬底材料的宏观形态，因此超级蒙烯材料具有工艺兼容性强的巨大优势，在不改变现役工程材料加工工艺的前提下发挥其独特的功能，可借力现役工程材料的广阔应用市场，将石墨烯薄膜推向实际应用。超级蒙烯材料是石墨烯家族的新成员，拥有丰富的内涵和广阔的发展空间。生长衬底材料的选择是发展超级蒙烯材料的关键所在。原理上讲，衬底材料需要耐受石墨烯生长所需要的高温条件，确保其本征特性不发生显著的改变。另一个重要条件是，能够找到可行的工艺路线实现石墨烯的直接生长。高品质连续态石墨烯的可控生长是实现其优异性能的重要前提。此外，衬底材料在工程领域已经获得广泛应用，以便为超级蒙烯材料提供更多可选择的应用场景。超级蒙烯材料可分为蒙烯非金属材料和蒙烯金属材料(图2)。蒙烯玻璃纤维是典型的蒙烯非金属材料。蒙烯氧化铝、蒙烯碳化硅以及蒙烯氮化硼等都是蒙烯非金属材料家族的重要成员。蒙烯金属材料通过在金属衬底上生长石墨烯获得，包括蒙烯铜、蒙烯镍、蒙烯铟、蒙烯锡、蒙烯钢等诸多种类。按照衬底材料的形态分类，超级蒙烯材料又可以细分为蒙烯箔材、蒙烯纤维、蒙烯粉体以及蒙烯泡沫等多种形态，构成琳琅满目的超级蒙烯材料家族。不同形态的超级蒙烯材料进行后加工处理或者与其他材料复合，将进一步丰富超级蒙烯材料家族的内涵。蒙烯玻璃纤维蒙烯玻璃纤维是超级蒙烯材料概念的第一个具体实例。通过高温化学气相沉积过程，在传统玻璃纤维表面生长连续态石墨烯薄膜，实现石墨烯与玻璃纤维的有机结合，是一类全新的石墨烯/玻璃纤维复合材料。玻璃纤维是广泛应用的传统工程材料，2019 年全球玻璃纤维产量约800万吨。我国是玻璃纤维生产大国，全球占比达65%以上。玻璃纤维兼具轻质、高强、耐高温、柔性等诸多优异性能，是国防军工、航空航天、风能发电、工程建筑等领域的重要基材，如飞机机身、火箭和导弹外壳、雷达罩等都采用玻璃纤维作为主要的复合材料增强体。蒙烯玻璃纤维继承了玻璃纤维的本征特性，同时赋予其高导电、高导热等新的性能(图3)。原子级厚度的石墨烯薄膜可搭乘传统玻璃纤维载体，走向实际应用，从而开辟出石墨烯材料应用的新天地。制备蒙烯玻璃纤维材料存在着诸多技术挑战。通常情况下，石墨烯的CVD生长会选择以铜、镍为代表的金属衬底。金属衬底具有催化活性，对于碳源前驱体的裂解、石墨烯成核、外延生长等基元过程有着良好的促进作用，有助于提升石墨烯的结晶质量、生长速率以及层数可控性。然而，玻璃纤维是非金属材料，催化活性很弱，因此碳源前驱体的裂解过程主要是热裂解。为了确保碳源前驱体充分裂解，CVD生长温度通常很高，这就要求玻璃纤维材料具有优异的高温稳定性。事实上，除石英纤维以外，普通玻璃纤维材料很难满足这 一苛刻的生长条件。在由C―O四面体骨架构成的非晶态玻璃纤维表面，活性碳物种的扩散势垒非常高，导致生长的石墨烯畴区尺寸很小，且取向不可控。通常情况下，玻璃纤维上生长的石墨烯 存在畴区尺寸小、缺陷密度高、层数可控性差、均匀性差、生长速率慢等问题。此外，与平面衬底上的CVD生长不同，玻璃纤维丝束及其织物的特殊结构形态也给传质和传热过程设计带来新的挑战。2013年以来，本研究团队一直致力于传统玻璃表面石墨烯的生长方法研究，发展了一系列创新性的高质量石墨烯生长方法，材料体系从平面玻璃到石英光纤，进一步拓展到玻璃(石英)纤维。针对玻璃纤维上的石墨烯生长问题，通过空间限域生长、生长助剂引入、碳源前驱体设计、衬底表面调控以及流场设计等手段，打破了玻璃纤维衬底在碳源裂解、石墨烯成核、层数控制、结晶质量以及均匀性等方面的局限性，实现了高质量蒙烯玻璃纤维丝束和织物的可控制备(图4)。例如，针对玻璃纤维织物表面上石墨烯大面积生长均匀性差的难题，发明了“互补性碳源生长法”，通过不同裂解温度的混合碳源设计，调控活性碳物种沿流场方向的浓度分布，制备出大面积均匀的蒙烯玻璃纤维织物。 蒙烯玻璃纤维的低成本和规模化制备是走向实际应用的前提。在放大的CVD生长系统中，大腔体内流场与热场的均匀性控制难度大幅增加，直接影响着石墨烯在玻璃纤维表面的生长质量、速 率、均匀性等关键指标，最终制约着材料生产的品质、产能与成本。在利用静态CVD系统制备大面积蒙烯玻璃纤维织物的过程中，活性碳物种沿流场方向的不均匀分布直接导致石墨烯的生长均匀度下降，进而造成生产良率的降低。同时，由于玻璃纤维的催化惰性，石墨烯的生长速率通常很低，因此成为制约产能提升和生产成本降低的关键因素。利用玻璃纤维织物轻质、柔性、高强度的特点，本团队设计了动态“卷对卷”规模化CVD生长系统，并对气体流场、生长区热场、温度控制系统、进料控制系统等关键模块进行了系统集成，研制出第一代蒙烯玻璃纤维织物规模化制备装备。在该系统中，玻璃纤维织物以均匀的速度连续传入CVD腔室内完成石墨烯的高温沉积生长，最大可能地保障织物表面不同位置都经历相同的流场与热场环境，从而大幅提升生长均匀性。目前，本团队已成功突破蒙烯玻璃纤维织物的放量制备工艺，建成了年产能10000平方米的中试生产示范线(图5)。需要指出的是，目前蒙烯玻璃纤维的生产成本仍然较高，尺寸、良率受限于装备制造技术与材料制备工艺，这也是蒙烯玻璃纤维材料制备领域的未来攻关重点。图5 蒙烯玻璃纤维织物的规模化制备。(a–c)动态“卷对卷”规模化制备系统；(d)蒙烯玻璃纤维织物实物照片Fig 5 Mass production of graphene-skinned glass fiber fabric. (a–c) Roll to roll growth system (d) Photographs of graphene-skinned glass fiber fabric.与物理涂覆方法制备的石墨烯/玻璃纤维复合材料不同，高温生长工艺既保证了石墨烯薄膜的连续性和高性能，又保证了石墨烯与玻璃纤维之间的强附着力。通过调控石墨烯的厚度，蒙烯玻璃纤维的面电阻可在1–5000Ω∙sq−1范围内调控。蒙烯玻璃纤维完美地结合了石墨烯和玻璃纤维的优良特性，是一种全新的柔性导电导热材料，有望成为电热转换领域的杀手锏级材料。研究表明，蒙烯玻 璃纤维织物拥有极为出色的电加热性能，在~9.3 Wꞏcm−2功率密度下，升温速率达~190 °C∙s−1，且达到饱和温度后的温度不均匀性 3% (20 cm × 15 cm)(图6) 。蒙烯玻璃纤维还具有优异的红外辐射性能，表现出良好的灰体辐射特性，红外发射率高达~0.92 35,36。与铁铬合金、镍铬合金等传统电加热材料相比，蒙烯玻璃纤维拥有超高的电热转换效率，实测数据高~94%。因此，作为新一代轻质、柔性的电热转换材料，蒙烯玻璃纤维在电加热、辐射热管理等领域拥有巨大的应用潜力。众所周知，高性能复合材料大量用于空天飞行器、武器装备、风机叶片等制造过程中，玻璃纤维则是其中重要的构成单元，已经形成成熟的复材加工和成型工艺。原理上讲，纳米级到亚微米级厚度的石墨烯薄膜的引入基本不会改变相关工艺流程，也不会影响玻璃纤维制件的内部结构与力学性能(图7)。因此，蒙烯玻璃纤维材料的一大优势是其良好的体系兼容性和工艺兼容性，这是其走向实际应用的巨大推力。 蒙烯玻璃纤维材料在飞行器的防除冰领域取得了巨大成功，显示出不可替代的独特优势。飞行器高速飞行过程中，机翼前缘、发动机进气道等关键位置的结冰一直是困扰航空领域的难题。目前，金属基电加热技术是实现防除冰的有效手段，其防冰效果好，除冰效率高，性能稳定。但是，传统金属基电热材料面临着高功耗、低柔性、不耐极端环境等问题。同时，基于飞行器轻量化的发展趋势，复合材料的使用比例不断攀升，玻璃纤维作为重要的复合材料基材在飞行器中已得到大量应用，随之而来的是金属基电加热防除冰材料与复合材料之间的结合强度和稳定性问题。蒙烯玻璃纤维的问世完美地解决了这一技术难题，尤其其良好的透波性能使其成为特种应用领域的杀手锏材料。蒙烯玻璃纤维是第一个实现实际应用的超级蒙烯材料，展示了超级蒙烯材料的巨大理论价值和广阔应用前景，为原子级厚度的石墨烯走向应用开辟了全新的路径，也为新型石墨烯基复合材料设计提供了新的思路。展望正如前述蒙烯玻璃纤维的具体案例，我们可以通过巧妙的载体选择和材料设计，架起连接理想的单层石墨烯基元到实用宏观材料的桥梁，实现石墨烯的优异特性向宏观实用场景的有效传递。在超级蒙烯材料设计和制备过程中，衬底材料的选择和预处理、石墨烯的可控生长、石墨烯—衬底的界面调控、后加工成型以及批量制备工艺与装备等极为关键，也是超级蒙烯材料走向应用的基础。由于超级蒙烯材料的多样性和复杂的电子声子耦合，这一全新的复合材料领域有可能孕育新的物理发现，催生新的技术创新，甚至引发新的产业革命。支撑衬底的选择是超级蒙烯材料设计的关键所在，决定着制备可行性、材料性能以及应用前景。支撑衬底可分为非金属和金属两大类别。上文详细介绍了蒙烯玻璃(石英)纤维材料。实际上，很多常见的非金属材料(如氧化铝、氮化硼、碳化硅等)表面，都有直接高温生长石墨烯的研究报道，这说明以这些材料为衬底的超级蒙烯材料制备具有可行性。尤其是在蓝宝石(α-Al2O3)表面，通过甚高温方法生长得到的石墨烯薄膜质量很高，层数和结构的控制性也很好；而氧化铝纤维作为一类新型氧化物纤维材料，具有优异的力学强度、耐高温、机械柔性、化学稳定性以及绝缘性，已逐渐成为新材料领域的翘楚。在超级蒙烯材料设计理念指导下诞生的蒙烯氧化铝纤维集石墨烯和氧化铝纤维的优异特性于一身，有望成为新一代轻质高强、高导电、高导热复合材料。大多数过渡金属因具有部分填充的d轨道，或者能形成可吸附和活化反应介质的中间产物而表现出良好的催化活性，是高品质石墨烯生长的良好衬底。而以铜、铝、铟、锡等金属材料为代表的导电、导热材料，被广泛应用于国民经济和国防军工的各个领域，例如输配电网络、雷达微波管、电磁屏蔽、电子芯片封装等。随着这些领域的迅速发展，对金属材料提出了更高的要求，具有轻质、高强、高导电、高导热、耐腐蚀、抗电磁屏蔽 等特性的金属基复合材料成为众多高端装备的亟需材料。已有研究表明，石墨烯蒙皮的引入可显著改善金属材料的性能。例如，以铜箔、铜丝、铜网、铜粉等不同形态的金属铜材作为支撑衬底生长石墨烯，再经过热压复合等工艺处理，可得到具有高导电、高导热、高载流量的蒙烯铜材料；利用化学气相沉积方法在铜、铝表面生长少层石墨烯或垂直石墨烯纳米片，可显著提升金属材料的电磁屏蔽效能，增强抗腐蚀能力。这种全新的金属基蒙烯材料有望促进飞行器电缆、电机、电触头、隐身涂层基板、雷达微波行波管等结构功能部件的升级换代，在飞行器减重、防雷击以及电磁对抗、电磁防护领域具有广阔的应用前景。在超级蒙烯材料中，作为支撑衬底的体相材料仍发挥着重要作用，石墨烯通过蒙皮或以复合 界面的形式介入其中，带来新的功能(如导电、导热增强等)。由于石墨烯“蒙皮”很薄，从单原子层到亚微米厚度可调，而支撑衬底材料的特征尺寸通常都在微米到毫米量级，因此如何有效提高石墨烯的相对比重、构筑连续的石墨烯网络、调控石墨烯与衬底材料的耦合强度，以最大化地发挥石墨烯的性能，成为超级蒙烯材料设计与制备的关键科学问题。后加工工艺可为超级蒙烯材料的微观结构与性能改善提供新的调控空间。各种蒙烯金属材料基元的进一步复合成型可制造出丰富的界面结构。可以想象，在此类新型复合材料体系中，石墨烯会带来更多的导电、导热通道，而金属为石墨烯提供更多的载流子。需指出的是，高温生长过程、后加工工艺以及石墨烯与金属衬底的相互作用可能导致金属衬底的体相结构重构，进而带来新的调控空间或需要解决的技术挑战。此外，对于超级蒙烯纤维材料来说，不同的编制结构和图案化设计也会影响其力学、热学和电磁学性能。近年来，粉末冶金、增材制造、复材加工成型等相关领域的快速技术进步也为超级蒙烯材料的发展提供了良好的技术依托。应当指出的是，超级蒙烯材料研究尚处于起步阶段，在材料设计、高温生长、物性测量和应用探索方面空间巨大。例如，蒙烯粉体材料比表面积大，易于加工，有利于发挥石墨烯的优异性能，但高温生长过程面临着难以分散、易于团聚、不易工程放大等难题。对蒙烯金属粉体制备来说尤其如此，有效控制高温生长过程中的金属粉体团聚和碳源前驱体传质至关重要。针对这些问题，人们发展了鼓泡化学气相沉积生长方法，但生长效率和粉体质量的控制仍有很大的提升空间。对于蒙烯非金属材料，由于缺乏催化活性，通常石墨烯的质量和生长速率较低。为解决这些问题，人们发展了限域空间法、助催化法、甚高温法等特殊生长方法，与金属表面催化生长的石墨烯相比仍有显著的差距。此外，目前所报道的蒙烯金属仅限于铜和铝，其导电性和导热性提升的物理机制尚不清晰，石墨烯与金属界面结构的调控方法 和规模化制备工艺还远未成熟。在应用探索方面，石墨烯的导热性和导电性为人们所青睐，超级蒙烯材料的问世有望促进电力电缆、信号传输、导热散热等结构功能器件的升级换代。需要关注的是，具体应用场景下超级蒙烯材料的短板，如高温生长工艺带来的载体结构和力学性能变化等。有针对性地发展超级蒙烯材料的生长方法、规模化工艺和装备是这一新兴领域发展的关键。毋庸置疑，这一新概念材料的提出将有力推动石墨烯与传统材料的融合，为破解连续态石墨烯薄膜材料的实用化开辟新路，为加快石墨烯材料的产业落地提供新的动力。

p style="text-indent: 2em "复旦大学物理学系教授吴施伟课题组实现石墨烯中三阶非线性效应的电学调控并揭示其机理。他们的研究成果《石墨烯中无质量狄拉克费米子三阶非线性光学响应的电学调控》于伦敦时间5月21日在线发表于《自然· 光子学》。复旦物理学系教授刘韡韬为本文的合作通讯作者，课题组博士生江涛、黄迪为本文的共同第一作者。/pp style="text-indent: 2em "石墨烯是仅由单个碳原子层组成的蜂窝状材料。由于其独特的晶格与能带结构，石墨烯中的载流子没有静止质量，运动速度大小固定，只能改变方向。它们的行为遵从狄拉克相对论性量子力学方程，故此也称为无质量狄拉克费米子。自发现以来，石墨烯的特殊性质、及其引发的许多新奇有趣的现象一直是前沿科学研究的焦点，石墨烯的非线性效应是其中的重要一环。此前，科学界已注意到石墨烯强烈的三阶非线性效应，这使石墨烯在微纳光子学、激光产业、光通信、量子信息与计算、生物成像等领域具有巨大的应用潜力。然而，过去的实验报道对石墨烯三阶非线性系数无法形成统一的观点，不同实验结果甚至有着高达6个数量级的差异。/pp style="text-indent: 2em "吴施伟等意识到，石墨烯中的三阶非线性响应是由多个量子共振跃迁通道协同竞争形成的整体效应，提出了采用离子凝胶技术制备石墨烯场效应晶体管器件，通过大范围调控石墨烯中的载流子密度和化学势来逐一控制相关量子共振跃迁通道的研究方法。研究人员发现，石墨烯中的化学势会强烈地影响其三阶非线性光学响应，而且不同的三阶非线性效应对化学势的依赖关系完全不同。对于加法类型的三阶非线性效应，如三次谐波和加法型四波混频，当调高化学势关断单光子、双光子共振通道后，三阶非线性效应反而会极大地增强；与此相反，对于减法类型的三阶非线性效应，如减法型四波混频和光学科尔效应，同样对单光子、双光子通道的关断反而会使得三阶非线性效应的强度出现剧烈下降，对石墨烯非线性光学系数的微观量子理论计算进一步支持了上述结论。吴施伟解释道：“这种不同量子共振跃迁通道之间的干涉效应，类似于家喻户晓的《三个和尚》的故事。/pp style="text-indent: 2em "在石墨烯低掺杂的情形下，‘石墨烯加法三阶非线性效应’这座庙里，有相互拆台的三个和尚A、B和C，三个人不仅不合作挑水，反而还相互推脱偷懒，结果都没水喝（三阶非线性效应很弱）；直到有一天，和尚A外出云游了（调高掺杂浓度），三个和尚之间的僵持被打破了，剩下来的两个和尚尽管还是相互不服气，但是和尚C能说会道，说服了和尚B一块挑水喝（三阶非线性效应增强）；后来和尚B也外出云游了（进一步调高掺杂浓度），和尚C乐得清静，自己一个人担水自己喝（三阶非线性效应进一步增强）。有趣的是，在‘石墨烯减法三阶非线性效应’这座庙里的三个和尚D、E和F却完全是另一种情况，这三人感情很好，都争着去担水，因此完全不愁水喝（三阶非线性效应很强），但是后来和尚D和E陆续下山化缘了（调高掺杂浓度），因此担水能力反而下降了（三阶非线性效应减弱）。概括地说，石墨烯三阶非线性效应的量子共振跃迁通道之间存在竞争/合作的机制，随着调节化学势，主导竞争与合作的力量会此消彼长，从而最终导致了研究成果中观察到的有趣现象。”/pp style="text-indent: 2em "研究团队揭示了跃迁通道间的干涉效应在石墨烯非线性光学效应中的主导作用，澄清了之前国际上不同课题组在三阶非线性光学系数上分歧的来源，并且指出了通过化学势来大范围调控石墨烯非线性光学效应的途径。与此同时，本研究工作制备出了国际上首个基于石墨烯三阶非线性光学效应的电光器件，电学的调控比可达几个数量级。鉴于近年来石墨烯在大面积低成本生长制备方面的重大突破，这一电光调控机制有望为石墨烯产业提供一种杀手锏级别的高端应用。/p

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

pstrong　　一、行业动态(六月汇总)/strong/pp　　(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。/pp　　(2)黑龙江大学陈志敏教授团队在Energy & 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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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 /pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　(29)宁波材料所在推进石墨烯超级防腐涂层领域取得进展。/ppstrong　　二、联盟动态(六月汇总)/strong/pp　　(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》 /pp　　(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 /pp　　(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。/pp　　(4)6月5日，中国邮政集团公司与华为签署战略合作协议 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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”。/pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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。/pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(18)6月13日，双星集团获首批市级双创示范基地授牌 /pp　　(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。/pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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。/pp　　(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 /pp　　(25)6月25日，超威集团连续7年上榜中国轻工百强 /pp　　(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 /pp　　(27)6月25日，华为与网易成立5G云游戏联合创新实验室 /pp　　(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。/pp　　(29)6月26日，美国NANOGRAF公司嘉宾到访墨西科技 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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 /pp　　(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。/pp　　“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)。/pp　　电话：400-110-3655/pp　　官网：www.grapchina.cn/pp　　邮箱：meeting01@c-gia.org/pp　　QQ群：296531551 397051421/pp　　微信：SMXLM2013、CGIA-2013(添加为好友，邀请入群)/pp　　微信订阅号：CGIA2013(支持在线咨询)/ppbr//p

p style="line-height: 1.5em "strong 仪器信息网讯/strong 2020年10月16日，在2020中国国际石墨烯创新大会先行举办石墨烯在节能环保领域应用论坛。东南大学电子科学与工程学院、微电子学院院长孙立涛，湖南大学化学化工学院教授袁荃，景德镇陶瓷大学硕士研究生导师胡学兵等专家学者出席并作精彩报告。br//pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 论坛由孙立涛主持，围绕节能环保发展需求，就石墨烯在节能环保领域的共性关键技术及应用研究进展进行讨论，研判石墨烯在节能环保领域的应用前景。/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 孙立涛作《石墨烯基KN95口罩的防护机理》报告，目前市场上的大多数口罩是通过熔喷布阻隔大颗粒，静电吸附小颗粒，但呼吸的水汽会让静电消失，配戴1-2小时吸附作用就会失效。石墨烯基口罩借助石墨烯的超大比表面积优势，可代替传统静电吸附长时间保持高效吸附率；同时，石墨烯单原子层的厚度对口罩孔隙率影响很小，对呼吸不会造成阻力，目前1公斤石墨烯可以生产约20万只优质防护口罩。/pp style="line-height: 1.5em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/b7348d68-8a38-41c5-9811-3653b3da4dff.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "strong孙立涛作《石墨烯基KN95口罩的防护机理》报告/strong/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 袁荃作《大面积高强度石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜在纳滤中的应用研究》报告，当前淡水资源紧缺和水污染严重，全球面临着巨大挑战，通过纳滤淡化海水可缓解这一问题。原子层厚的纳米多孔二维材料具有最小的传输阻力和最大的渗透率，是高性能纳滤膜的理想材料，但实际制备的超薄二维薄膜存在机械强度弱、面积小的问题。袁荃团队将石墨烯纳米筛与碳纳米管结合，制备的大面积、高强度的石墨烯纳米筛/碳纳米管复合薄膜具有高的水渗透率、截盐率，以及优异的机械柔性，可应用在纳滤中实现海水淡化。/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/00edcb59-6fdf-4d18-9359-42077ba3a43e.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "strong袁荃作《大面积高强度石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜在纳滤中的应用研究》报告/strong/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 胡学兵作《氧化石墨烯/Alsub2/subOsub3/sub膜结构设计及其高效分离性能》报告，其研究团队基于膜结构设计理念，一方面，以氧化石墨烯为制膜原料，在多孔Alsub2/subOsub3/sub支撑体上制备氧化石墨烯/ Alsub2/subOsub3/sub膜，该膜具有较高的水渗透率和截盐率；另一方面，将氧化石墨烯作为改性原料，在Alsub2/subOsub3/sub分离膜孔道内表面上制备氧化石墨烯改性涂层，显著提升了Alsub2/subOsub3/sub膜的分离性能，可应用于含油废水的处理。这两种技术在节能环保领域，尤其是膜分离技术领域具有显著的技术优势和巨大的应用前景。/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/4c3bdfd9-4c08-415c-a916-fc1519ff3f2f.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "strong胡学兵作《氧化石墨烯/Al2O3膜结构设计及其高效分离性能》报告/strong/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 随后，南通强生石墨烯科技有限公司的马立国作了主题为《石墨烯功能材料研究与应用》的报告，澳大利亚阿德莱德大学Dusan Losic教授、挪威Abalonyx AS公司CEO Rune Wendelbo相继通过视频录制形式分享了精彩报告。Dusan Losic表示，石墨烯因其优异的性能，成为高性能多功能防腐涂料炙手可热的原材料，在工业、建筑、环保等领域具有巨大的应用潜力。/p