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基于石墨烯多维多尺度结构的能源与传感技术
1 成果简介石墨烯是一种典型的单原子层二维材料，具有独特的狄拉克电子结构、超高的载流子迁移率和浓度，在高速、高质量薄膜器件集成等方面显示出潜在应用优势。然而，本征石墨烯呈金属或半金属特性，限制了其在器件中的应用。本成果从石墨烯的可控生长及多维多尺度宏观结构组装出发，探索调控石墨烯电子结构的有效方法，推动其在纳米器件中的集成与应用。 主要内容包括：石墨烯晶片的形状、尺寸控制， 多维多尺度宏观结构的原位生长与组装；石墨烯的结构（拓扑）与化学改性：采用缺陷、应变和化学修饰等手段对石墨烯的能带结构进行调控；研究石墨烯在外加电场、磁场、光激发等条件下，电子结构的演变及电子、光子、激子、声子等的相互作用； 器件组装与表征：晶体管、传感器、结、异质/杂化结构等。2 应用说明基于石墨烯的二维薄膜材料已成功应用于太阳能电池和超级电容器等能源器件，显示出优异的能量转换与存储性能及良好的工作稳定性。某些特色多维多尺度结构可与其它纳米材料（如碳纳米管、二氧化钛、二氧化锰）构建复合结构，在吸附、水处理、传感、光催化等领域具有广阔的应用前景。 图 1 石墨烯编织结构 图2 石墨烯晶片/纳米颗粒复合结构 该项目的相关研究工作已申请国家发明专利 5 项，具有自主知识产权。3 效益分析目前，石墨烯在全球范围内尚未形成稳定的工业化需求， 但从需求市场的潜力来看，石墨烯在应用上将逐渐扩大。随着技术研究及产业发展，石墨烯独特的力学与电学性能，将使其在国内外应用市场，特别是电子、新材料、航天军工等领域，发挥重要的甚至是革命性的作用，产生规模经济效益。4 合作方式技术转让或合作开发，商谈。5 所属行业领域能源环境。
清华大学
2021-04-13
准一维纳米发射材料的研制
一、系统深入研究了作为纳米场发射冷阴极的发射材料——纳米氧化锌阵列和碳纳米管的制备工艺。通过工艺优化，采用水热合成法和化学气相沉积法分别制备出形态可控、尺寸满足合同要求且适合作为场发射冷阴极的纳米氧化锌阵列和碳纳米管。 二、在场发射冷阴极材料可控制备条件下，采用水热合成法制备出直径为50mm的氧化锌纳米场发射冷阴极，采用化学气相沉积法和丝网印刷/涂敷法分别制备出直径为50mm的碳纳米管场发射冷阴极。各类纳米场发射冷阴极的形态指标均满足合同要求。 三、在线性感应加速器的脉冲电场条件下，现场测试了纳米氧化锌阵列和碳纳米管场发射冷阴极的发射性能，其中氧化锌纳米棒阵列阴极、碳纳米管阵列阴极、涂覆法制备的碳纳米管阴极的最高发射电流密度分别达到132.42A/cm2、176.73A/cm2、343.77A/cm2。各类纳米场发射冷阴极的发射性能均优于合同指标。根据用户报告，纳米场发射冷阴极的寿命达到合同要求。 四、发现了氧化锌和碳纳米管场发射冷阴极的不同强流发射特性，建立了纳米场发射冷阴极的高压脉冲发射模型，提出了纳米场致发射冷阴极在高压脉冲电场条件下存在场致发射和场致等离子体发射两种电子发射的强流发射机理。该理论模型和发射机理具有创新性。综上所述，本项目全面完成了合同中研究工作的内容，各项性能指标达到了项目合同要求，满足了线性感应加速器的使用。经查新检索及该研究中基础理论部分发表的论文表明，本项目首次将氧化锌阴极作为强流电子束源使用在线性感应加速器上，且使碳纳米管阴极应用在加速器上得到的发射电流密度超过目前国内外报道的最高值。专家组一致认为，研究水平达到国际领先水平。
北京科技大学
2021-04-11
一种改性的ABS抗静电材料
高分子材料及其制品在动态应力和摩擦力的作用下常产生表面电荷积累，使得作用的双 方带上了异种电荷，这样就使材料表面带上了静电。由于不能将产生的电荷传递出去，从而使 表面累计了静电荷，静电的存在会使材料容易吸附尘埃，不仅影响美观、光泽和性能，静电的 集聚还会产生静电火花，造成造成人身损害和财产损失。亲水性高分子聚合物作为抗静电剂使 用是抗静电剂领域开发研究的重大进展。所谓亲水性高分子聚合物是指分子内含有聚环氧乙烷 （PEO）、聚季铵盐结构等导电性单元的高分子聚合物。不同于传统的表面活性剂抗静电剂， 亲水性高分子聚合物与基础树脂是不相容的，普通共混方法不可能得到满意的结果。因此，利 用聚合物合金化技术是保证改性制品具有优异抗静电性、耐热性、抗冲击性的技术关键。本项 目通过采用高分子型抗静电剂聚醚酯酰胺制备了永久抗静电抗静电ABS材料。将不同比例的抗 静电剂聚醚酯酰胺、相容剂、ABS树脂及其它助剂进行共混制备ABS抗静电共混材料，效果良 好。
华东理工大学
2021-04-11
一种内置电动推杆的材料架
一种内置电动推杆的材料架，本实用新型涉及金属板料收放设备技术领域；机架的上部固定有减速机，减速机的输入端与电动机的输出轴连接，电动机固定在减速机的上部，且与外部电源连接，减速机的输出轴连接有二号带轮，二号带轮通过传动带与一号带轮连接，一号带轮套接固定在空心主轴的中部外壁上，一号带轮左右两侧的空心主轴上套设固定有轴承，且轴承嵌设在轴承座中，轴承座固定在机架垂直杆的上部，空心主轴内设有电动推杆，电动推杆的底端固定于空心主轴端部，电动推杆底端的电动推杆底端块插设固定在滑环轴孔内。解决现有的材料架无法高效且
安徽建筑大学
2021-01-12
一种制备梯度功能材料的方法
本发明公开了一种梯度功能材料的制备方法，首先根据待制备的梯度功能材料的成分确定各参与制备的材料种类，主材料使用焊丝材料，梯度成分使用金属粉末材料。两种材料无需混合，而在制造过程中确定其配比。然后在堆焊的同时进行梯度送粉，并根据需要制备的梯度功能材料中复合材料的含量实时调节送粉量，使单位时间内送丝量与送粉量的质量之比与梯度功能材料中复合材料与基材质量之比相同。整个制备过程可在无外加磁场或外加交变磁场的环境下完成，后者有助于制备过程中梯度功能材料组织性能的优化。本发明避免了传统梯度功能材料制备过程中后续
华中科技大学
2021-01-12
一种新型永磁材料的制备方法
Nd2Fe14B永磁材料的制备方法主要有粉末冶金和快淬等，具有高能源消耗和需要高纯度元素作为初始原料等特点，在制备Nd2Fe14B基粘结磁体、烧结磁体或工程应用中的磁弹性体时，磁性粉末是必不可少的。通常情况下，微米级的Nd2Fe14B永磁粉末采用旋淬、破碎、球磨或者HDDR技术来制取；在纳米尺寸范围内，永磁纳米粒子所具有的形状及大小分布的优点决定了永磁纳米粒子可应用于
常州大学
2021-04-14
一种低热导率的多层相变材料
本发明公开了一种低热导率的多层相变材料，两种单层薄膜相 变材料交替堆叠形成周期性的多层膜结构，两种薄膜材料至少有一种 组成元素不同或由相同的元素组成但原子百分比不同。其作为相变存 储器的记录材料能有效降低对某一储存单元进行读写操作时引起的邻 近储存单元温升，减小邻近单元之间的热串扰，提高存储器的稳定性 并降低器件功耗，且该材料不需引入其他非相变材料，与现有制备技 术完全兼容。
华中科技大学
2021-04-14
一种交联改性聚酰胺复合膜及其制备方法
本发明公开了一种交联改性聚酰胺复合膜及其制备方法，其中制备方法包括：(1)将酸溶液与甲醛溶液混合均匀得到还原液，将还原液加热至预定温度并恒温；所述的酸为磷酸、乙酸、硼酸中的至少一种；(2)将表面含有氨基的聚酰胺复合膜浸入恒温的还原液中，搅拌反应后取出膜，洗涤去除还原液后得到N-羟基化修饰的聚酰胺复合膜；(3)将N-羟基化修饰的聚酰胺复合膜浸入交联剂溶液中，搅拌反应后取出膜，洗涤去除交联剂后得到交联改性聚酰胺复合膜；交联剂为戊二醛、己二醛、丁二醛中的至少一种。本发明的制备方法在不明显损失聚酰胺复合膜分离性能的同时增强了聚酰胺复合膜的耐氯性能。
浙江大学
2021-04-13
一种利用铁锰双相掺杂石墨烯激活单过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法
一种利用铁锰双相掺杂石墨烯激活单过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法，它涉及一种去除水中内分泌干扰物的方法。本发明的目的是要解决现有方法去除水中内分泌干扰物的去除效率低，成本高的问题。方法：一、将单过硫酸盐与预处理的水混合；二、调节反应pH值；三、制备铁锰双相掺杂石墨烯；四、投加铁锰双相掺杂石墨烯；五、采用外磁场分离铁锰双相掺杂石墨烯，即完成一种利用铁锰双相掺杂石墨烯激活单过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法。使用本发明的方法去除水中内分泌干扰物的去除率可达85％～96％。本发明可以去除水中残余内分泌干扰物。
四川大学
2016-09-13
“石墨烯体系中的阳离子-π相互作用”的研究成果
近日，清华大学材料学院朱宏伟教授团队在《先进材料》（Advanced Materials）上在线发表了题为“石墨烯体系中的阳离子-π相互作用”（Cation-π Interactions in Graphene Containing Systems for Water Treatment and Beyond）的长篇综述论文，系统总结了石墨烯体系中的阳离子-π相互作用在水处理（膜分离、吸附）、新材料合成、纳米发电、能量存储及溶液/复合材料分散等应用中所发挥的关键作用，分析了阳离子-π相互作用的影响机理，综述了现阶段相关理论工作进展，讨论了石墨烯体系中的阳离子-π相互作用研究中存在的问题，展望了未来潜在的研究方向。
阳离子-π相互作用是一种非共价相互作用，在自然界，尤其是生命体中普遍存在，在诸多生命反应进程中必不可少。近年来，阳离子-π相互作用在生物学、化学、物理学中的重要性被广泛关注。石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，可被视为一种独特的芳香族大分子。阳离子和石墨烯中离域π电子之间的相互作用会引起阳离子在石墨烯表面的富集、溶液中离子及石墨烯结构中电子的重新分布，进而影响石墨烯材料的本征性质及基于石墨烯的器件的性能。深入理解石墨烯体系中的阳离子-π相互作用，对于石墨烯特性的调控、器件的优化设计具有重要意义。
石墨烯体系中的阳离子-π相互作用及其应用
近年来，朱宏伟教授团队在石墨烯等新型二维材料的可控制备、结构设计及其在能源（太阳能电池、光电探测、光电催化）、环境（水处理、空气净化、土壤治理）、柔性传感器件等领域开展了大量研究工作，取得了一系列重要进展。该综述论文以石墨烯体系中的阳离子-π相互作用为切入点，对相关研究报道进行了梳理和讨论，并对其发展趋势和前景进行了展望。
本文通讯作者为朱宏伟教授，第一作者为清华大学材料学院2016级博士生赵国珂。本研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目和面上项目资助。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905756
清华大学
2021-04-11