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。

以高性能纤维（玻纤、碳纤、芳纶等）为增强体，通过自有独特专利技术制 备三维正交、角联锁、间隔型机织物以及三维多向编织物，并通过树脂改性、复 合成型等技术集成制备成系列三维机织、三维编织复合材料。系列结构材料具有 质轻、高强、高模、耐冲击等性能、阻燃、隔音、隔热等特性，可广泛用于交通 工具、体育用品、军事、安全防护等领域。321 2 关键技术 ① 重构出“纤维-预制件-复合材料”在空间位置的真实图像，再现复合材 料内部纤维束空间路径、偏转和纤维束间的接触状态，定量揭示工艺织造参数之 间的关联关系；基于连续介质假设和有限变形理论，建立三维机织多尺度结构设 计方法。 ②以界面相的微观结构为切入点，从设计合理的碳纤维-环氧树脂界面微结 构入手，将碳纳米材料作为纳米改性剂引入碳纤维/环氧树脂复合材料界面中， 揭示其界面增强增韧机理，最终确立界面、结构与性能的关联机制。 3 知识产权及项目获奖情况 （1）一种用于宽幅扁平碳纤维丝束的连续定型工艺 ZL 201010519415.1 （2）一种适用于无弯曲织物织造的夹头 ZL201310303000.4 （3）一种适用于无弯曲织物织造的送经装置 ZL201310302349.6 （4）一种无弯曲织物织造的纬纱递进装置 ZL201310302920.4 （5）一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体 ZL201410159117.4 （6）一种深交联结构碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料及其制备方法 ZL201501531119.6 4 项目成熟度 成熟度 5 级 5 投资期望及应用情况 可广泛用于交通工具、体育用品、军事、安全防护等领域。 

单层半导体性过渡族金属硫属化合物（MX2: MoS2, WS2 等）是继石墨烯之后备受关注的二维层状材料。该类材料具有优异的电学性质、强的光物相互作用、高效的催化特性等，在光电子学器件、传感器件、电催化产氢等领域具有非常广阔的应用前景。单层MX2 材料的批量制备和高品质转移是关键的科学问题。现有方法仍面临着诸多重大挑战，例如，难以实现晶圆尺寸的层数均匀性、单晶畴区小、生长速度缓慢、生长衬底价格昂贵、转移过程复杂、容易引入污染物等。北京大学张艳锋课题组是国内较早开展相关研究的课题组之一，在单层MX2材料的可控制备、精密表征和电催化产氢应用方面取得了一系列重要进展：基于范德华外延的机理，他们在晶格匹配的云母基底上首次获得了厘米尺度均匀的单层MoS2 (Nano Lett. 13, 3870 (2013)，他引198次)； 在蓝宝石上获得了大畴区单层WS2 (ACS Nano 7, 8963 (2013), 他引250次)；发展了一种新型的金属性箔材(Au箔)基底，实现了畴区尺寸可调单层MoS2的制备，借助STM/STS表征技术建立起了材料原子尺度的形貌/缺陷态、电子结构和电催化析氢之间的构效关系 (ACS Nano 8, 10196 (2014)，他引124次)。上述成果也受邀撰写综述文章(Chem. Soc. Rev. 44, 2587 (2015)，他引92次)。最近他们在大尺寸均匀MoS2的批量制备以及“绿色”转移方面取得重要进展。他们选用廉价易得的普通玻璃作为基底，创新性地采用Mo箔作为金属源(与S粉共同作为前驱体)，采用“face-to-face”的金属前驱体供给方式，实现了前驱体在样品上下游的均匀供应，使得样品尺寸可以得到最大限度的放大(仅受限于炉体尺寸)，获得了对角线长度可达6英寸的均匀单层MoS2; 结合DFT理论计算和系统的实验结果发现，玻璃基底上微量的Na对材料生长起到明显的促进作用, Na倾向于吸附在MoS2畴区的边缘，起到显著降低MoS2拼接生长能垒的作用，从而促进其快速生长。 获取满覆盖单层样品的生长时间仅为8 min，单晶畴区边缘尺寸可达0.5 mm。此外，他们利用玻璃基底的亲水特性，发展了一种无刻蚀的、仅利用超纯水辅助的“绿色”转移方法。该方法适用于晶圆尺寸样品的快速转移，且具有操作简单，转移样品质量高等明显优势。该工作提出了利用廉价的普通玻璃基底来制备大面积、晶圆尺寸均匀、大畴区单层MoS2的新方法/新途径，并深入分析了其生长机制，为相关二维材料的批量制备和高效转移提供了重要的实验依据，对于推动该类材料的实际应用具有非常重要的意义。

作为TFT液晶材料的“领军者”，偕二氟双环己烷的市场前景可想而知。目前，该材料技术由日本垄断，本项目新技术的出现将有望打破该格局，为本土TFT液晶材料研究和产业化作出贡献。

将此新材料用于二次电池的阳极，得到的电池容量密度为 137Ah.kg-1，能量密度为152Wh.kg-1；经 120 次充放电后充放电库仑系数为 100%，能量密度仅下降了 9.2%。

本发明公开了一种用于制备纳米二氧化钛-石墨烯复合材料的方 法，包括：（a）向浓度为 1-4mg/mL 的氧化石墨烯溶液中加入二氧化 钛纳米颗粒，其中氧化石墨烯与二氧化钛之间的重量比控制为 10:1～ 1:10，并获得分散液；（b）将所获得的分散液置入反应釜中，在120-200℃ 的条件下执行水热反应 2-12 小时，然后经过冷冻干燥处理即得到具备 三维多孔结构的纳米二氧化钛-石墨烯复合材料产品。本发明还公开了

几乎所有高等动物都是二倍体，即生物拥有分别来自父本和母本的两套基因组。人类的二倍体基因组一般以形态、结构基本相同的同源染色体呈现。因为同源染色体序列高度相似，常见研究一般不区分同源染色体的父本和母本。这样研究得到的结果是这两套基因组的均值，忽略了同源染色体间的差异。同时，没有同源染色体相互作用信息就无法构建真正的三维基因组，无法研究其对基因表达的影响。该研究利用远亲杂交产生后代携带大量杂合位点的优势来区分同源染色体的父本和母本。

半导体纳米线是一种独特的准一维纳米材料。它不仅是电荷的最小载体，也是构建新的复杂体系和新概念纳米器件的基元。在该领域中，新现象和新概念层出不穷，推动着材料、物理、化学等交叉学科的发展，并将对未来电子、光电子、通讯等产业产生重大影响。在这一当今最前沿的研究领域中，国际上尤其是发达国家集中了最精锐的研发力量，以期望在纳米器件的实用化方面有所突破，在未来高科技争夺战中，保持领先并居于主导地位。在纳米研究领域，美国政府仅在2005年就投入10亿美元，而日本在同一年的投入约12亿美元。 我国的《国家中长期科技发展规划纲要》中也已经把纳米科技作为基础研究重大研究计划，列入重点支持范围。其中一维功能纳米材料的控制合成、性能调控及应用研究是目前纳米材料研究的世界热点。 张跃教授承担了973、863、重大国际合作、自然科学基金杰出青年基金和面上项目等各类纳米研究方向的课题，通过创新合成方法、优化合成工艺，实现了多种形貌的一维功能纳米材料的可控制备，利用等多种手段对纳米材料的形貌、结构进行了表征，并对其生长机理、力学性能以及光致发光、场发射、导电性等物理性能进行了系统和深入的研究，特别是在碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用领域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改进了ZnO和掺杂ZnO一维纳米材料的制备方法。采用化学气相沉积法，在较低温条件下，通过不同工艺成功制备了纯ZnO及In、Mn、Sn等掺杂ZnO纳米棒、纳米线、纳米带、纳米电缆、纳米阵列、四针状纳米棒、纳米梳、纳米盘等多种形貌结构的纳米材料，实现了一维ZnO纳米材料较低温度条件下形态和尺度控制生长，产物品质纯净、产率高、质量好，易于工业化生产。制备方法受到国际同行的高度评价，认为是半导体制造领域中氧化物纳米结构集成方法的重大进步，不仅对从事纳米材料研究的科学家，而且对半导体产业意义重大。有关双晶ZnO纳米带的论文发表在国际知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，论文被引用60余次，位列该期刊2003至2007年被引用前50名之内。 2.提出了一维氧化锌纳米材料新的生长机理。首次合成四针状纳米氧化锌材料并揭示了该结构的八面体孪晶核生长的理论模型，该研究结果的论文发表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是达到了130 余次。首次发现和论证了一维氧化锌纳米结构中的螺旋位错诱导晶体生长机理，观察到了一维氧化锌纳米材料存在的大量螺旋位错、周期性的位错及生长台阶，发现生长是沿着位错进行，且与其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究单根ZnO和In-ZnO纳米线的力学行为。利用TEM对单根纳米线加载交变电压使其发生共振，原位测量其本征共振频率，通过计算得出氧化锌纳米线的弯曲模量。氧化锌纳米线可以构建纳米悬臂梁和纳米谐振器，通过氧化锌纳米线构建的纳米秤，测量了黏附在纳米线自由端的纳米颗粒质量。该研究论文发表在英国物理协会的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被评为该期刊2006年度的顶级论文(Top paper)，位列其中第九名，是该年度该期刊22篇Top papers研究论文中唯一由中国研究人员完成的成果。 4.合成了多种ZnS准一维纳米材料，并提出了四针状ZnS纳米结构的生长机理，指出其生长过程由立方相形核和六方相孪晶生长机制共同控制。同时率先报道了ZnS四针状纳米材料的光致发光性能，发光波长相对其它ZnS 纳米材料发生蓝移4.8~32.8nm。该研究论文发表在国际著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在发表后的第一个季度内，下载量就超过250次，成为该期刊排名前10％的热点文章。 5.碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用取得了重要突破。采用涂敷和CVD两种方法成功制备了多种大面积碳纳米管阴极，采用水热合成法制备了大面积一维纳米ZnO阵列阴极。首次研究了纳米阴极的强流脉冲发射性能，其中碳纳米管阴极的发射电流密度高达344 A/cm2，ZnO阴极的发射电流密度达到123A/cm2。系列研究成果发表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊上。研制的多种纳米阴极在线性感应加速器上已经得到成功应用，阴极的发射电流强度及发射电子的均匀性远远高于现有的阴极性能指标。 张跃教授有关纳米材料的研究成果获教育部高等学校科学技术奖（自然科学奖）二等奖1项（2006-052），完成专著1部，另合作出版专著1部，发表论文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果发表在Appl. Phys. Lett.、Carbon、Advan. Funct. Mater.、 J. Physical Chemistry C、Chemical Physics Letters、J. Phys.: Condens. Matter、J. Physics D: Applied Physics、J. Nanosci. Nanotech.等国际知名期刊上，申报12项发明专利（已授权5项）。发表研究论文中的4 篇代表性论文，已被引用300余次，单篇他引超过130次。

本发明公开了一种二维超大薄荷叶状氧化镍纳米材料及其制备方法，称取适量的四水合醋酸镍和尿素，加入到60毫升去离子水，搅拌溶解，得到浅绿色溶液；将溶液转移到100mL带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后置于烘箱中，设置温度为110～130°C，反应10-14小时；反应结束后，自然冷却至室温，过滤洗涤，得绿色沉淀物；将烘干的绿色沉淀物放入电阻炉中，设置温度为300～400°C，热处理2～4小时，即得二维超大薄荷叶状氧化镍纳米材料。荷叶直径尺寸大小为1.8～2.5μm，厚度为10-20nm。这些纳米荷

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