构建三维多孔结构 CAD 模型，并通过增材制造技术制得相应形 状的三维多孔金属结构；在惰性气体的保护氛围下，将所制得的三维 多孔金属结构升温至 900℃～1500℃，然后冷却至室温；然后进行喷 砂和超声清洗处理以获得金属模板；通过化学气相沉积法在金属模板 上生长石墨烯薄膜；配置腐蚀液并在 60℃～90℃的温度下回流溶解金 属模板，经洗涤和干燥处理后即得到三维石墨烯多孔材料产品。通过 本发明，能够有效克服现有技术中所存

本发明属于石墨烯复合材料制备领域，并公开了一种结构可控 的三维石墨烯及其复合材料制备方法。该方法包括下列步骤：(a)设计 构建 CAD 模型，并通过增材制造得到相应的结构的三维树脂结构；(b) 将步骤(a)中获得的三维树脂结构采用化学镀方法在表面镀铜或镍金属 层，并去除树脂材料得到铜或镍的三维结构模板；(c)采用化学气相沉 积法在三维结构金属模板上生成石墨烯，由此制得所需的结构可控的 三维石墨烯。通过对得到的石墨烯进

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨 烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑 战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立 且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具 有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦 特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石 墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国 内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价 值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换 与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。 项目特色： 1.制备了基于二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成 三维石墨烯体相材料，该材料不仅保留了二维石墨烯材料的本征性质， 而且具备优良的机械及光电性能。 2. 在国内外首次观察到厘米级尺寸的裸眼可见的宏观石墨烯样 品，只依靠瓦特级别的光作为单一驱动源，即可实现较大距离(数十厘 米)的有效的运动，并提出了光致电子发射驱动的机理解释上述三维 石墨烯体相材料独特的光驱动， 3. 上述材料的制备与性能研究揭示通过有效合理的结构构筑手 段，能够得到以二维石墨烯作为构成单元，并有效保留其独特二维性 质和兼具三维宏观形态的石墨烯体相材料，此项研究为其它二维材料 的开展类似工作并拓展其应用提供了范例和思路。已取得的成果： 项目的标志性研究结果于 2015 年 6 月在线发表于 Nature Photonics，并于 2015 年 7 月正式发表（Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476）。杂志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 发表了专题评论。英国著名科普杂志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”为题报道了此研究， 指出该成果“再为石墨烯这种优良材料增添了一种惊人的性能”。国 内主要媒体包括人民日报、光明日报、新华网以及多家门户网站等均 对此研究进行了报道，中央电视台《新闻联播》栏目于 2015 年 6 月 21 日也对此进行了报道。 市场应用前景： 空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊 着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱 动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力，光直接驱动飞行是科 学界和航空界多年的梦想。

本发明公开了一种三维分级多孔氮掺杂石墨烯的制备方法及产 品，属于石墨烯制备领域，其选用自然界中最常见的生物质材料为原 材料，将其同时作为固体碳源和氮源以及合成模板，首先经过梯度脱 水处理，再经过碳化和预膨胀处理，与 K2CO3 溶液混合，高温活化处 理后冷冻干燥得到三维分级多孔氮掺杂石墨烯。所得的石墨烯具有大 孔、介孔和微孔的分级孔结构，氮掺杂含量为 2.5～7.5at.％，比表面积 高达 1300m<sup&

具有较大可逆形变功能的弹性材料在各种工程应用中具有广泛需求。然而，当温度显著降低时，材料延展性或弹性通常会受到损害。到目前为止，还没有材料能够实现在外太空等深低温下具有高弹性。近日，南开大学陈永胜团队报道了一种三维交联的石墨烯材料，在4K的深低温到1273K的高温温度区间材料超弹性行为几乎不变。在4K超低温条件下，具有与室温相同的力学性能：几乎完全可逆的超弹性行为（高达90％的应变），杨氏模量不变，泊松比接近零，循环稳定性好。原位实验和模拟结果表明，这种超弹性得益于独特结构的协同结果：单个石墨烯片层的本征弹性和片层之间的共价连接。

本发明公开了一种三维氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法和在电化学生物传感中的应用。本发明 借助三维氮掺杂石墨烯高比表面积、良好的生物相容性、高导电率的特性，构造三维氮掺杂石墨烯复合 材料，首先以泡沫材料为基底，在含惰性气体、氢气及碳源与氮源条件下，利用化学气相沉积方法（CVD 法），得到含基底的三维氮掺杂石墨烯；然后对三维氮掺杂石墨烯进行刻蚀、清洗处理得到三维氮掺杂 石墨烯复合材料。将三维氮掺杂石墨烯与酶/非酶材料进行复合，得到相应的三维氮掺杂石

本发明公开了一种纳米钯-石墨烯三维多孔复合电催化剂的制备 方法，包括：将泡沫镍依次采用冰醋酸、丙酮、乙醇和去离子水进行 清洗；制备质量浓度为 0.5mg/mL～10mg/mL 的氧化石墨烯水溶液，然 后将泡沫镍直接浸泡到其中静置反应，形成三维多孔结构的泡沫镍-石 墨烯产物；将泡沫镍-石墨烯产物直接浸泡在摩尔浓度为 0.05mmol/L～ 1mmol/L 的氯钯酸钾水溶液中，反应结束后取出即可生成具备三维多 孔结构并且

本成果以“高效、低耗、高质、低成本”为开发理念，形成了氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯的系列制备技术，具有实施工业规模化生产的潜质。所制备的氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯具有层数低、比表面积大、纯度高等特点。应用领域包括生物检测、新能源、环境修复、防护涂装、电磁屏蔽、导电及导热材料等。目前，已在防腐涂料、电化学储能、导电导热材料等方面应用与企业开展对接试研工作。本成果包含的制备技术的特点如下： 1、氧化石墨烯制备技术特点： ① 生产过程简单、高效（无需繁杂的低温、高温过程）； ② 节能减耗，能耗低，浓酸消耗少，“三废”产生少； ③ 生产周期短，氧化过程最快仅需30min； ④ 浓硫酸的回收再利用。 2、还原氧化石墨烯制备技术特点： ① 生产过程简单、高效； ② 无需任何还原剂； ③ 无需复杂、高要求的设备； ④ 还原过程最快仅需3s。 3、石墨烯制备技术特点： ① 生产过程简单、高效； ② 无需任何还原剂； ③ 使用设备简单易获得； ④ 制备过程最快仅需5s。

本发明属于材料力学技术领域，并公开了一种获取材料宏观三 维等效属性的方法，包括如下步骤:(1)建立用于描述材料与微观结构 的双尺度坐标系，基于渐进性扩展理论，构建材料宏观等效属性模型; (2)构建三维微观结构的周期性边界模型;(3)通过有限元分析来建立三 维微观结构的周期性约束关系;(4)基于周期性约束关系建立三维微观 结构内线弹性平衡方程，并根据线弹性平衡方程获得微观结构的位移 场;(5)基于有限元分析与微观结构的位移场，求解单元应变能，获得 材料宏观三维等效属性;本发明提供的方法在进行