一、项目简介石墨烯可以视为单层石墨结构，其独特的二维结构及其优良导电性使其在微电子、半导体、电池以及防腐涂层中得到应用。目前石墨烯生产方法主要有机械剥离法，化学气相沉积法，电辅助氧化法和氧化还原法。表 1 里列举了这几种方法的优缺点。表 1 石墨烯各生产方式优缺点对比生产方式优点缺点石墨烯品质较高，操作简单，成本低廉获得的石墨烯尺寸不稳定，无机械剥离法法实现量产。操作相对简单，石墨烯可以大面积生长，得到的石墨烯较为完整，质量较好高温工艺，成本高；化学气相沉积法电辅助氧化法只能达到平方厘米的量级，难以满足石墨烯的工业化应用难以控制石墨烯生长层数；石墨烯较难从 SiC 基板上转移；使用强氧化剂，有害气体产生。石墨烯在生产过程易发生不可逆转的团聚；生产设备简单简单易行的工艺成、高效且成本较低氧化还原的过程中，电子结构及晶体的完整性易被破坏，难以生产高品质产品；氧化还原法生产废液造成环境污染。本团队开发的石墨烯采用气氛-电弧法，可以实现石墨烯的快速制备。相比于传统石墨烯制备方法，它具有如下优势：1）生产效率极高。氧化法制备石墨烯耗时约 3-7 天电弧法可在几分钟到十-- 130 --西安交通大

石墨烯的表面修饰、复合材料及自修复涂层的制备，增强基体防腐性能并具有自修复功能。

层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年，相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年，何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响，测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1]，并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2]，研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年，何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降，证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4]，并于2017年，在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态，魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期，何林课题组发展了一套方法，能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统（STM）研究的双层转角石墨烯，并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质，深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如，何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时，电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度，在体系中产生很大的轨道磁矩（每个莫尔约10μ_B），由于轨道磁矩和磁场的耦合，谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了，当双层石墨烯的转角接近魔角时，体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带（赝朗道能级），何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度，产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中，何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用，并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中，他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度，产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8]，这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制，在双层转角石墨烯体系，由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争，其原子结构也会随着角度发生改变。最近，何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化，发现当转角大于魔角时，体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转，层内晶格畸变几乎可以忽略（定义为非重构结构）；当转角小于魔角时，由于莫尔条纹周期较大，层间堆垛能占主导，从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界（domain wall）网格（定义为重构结构）。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯（分别为AB堆垛和BA堆垛），能传输谷极化的电流（图一）。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步，我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换，从而开关其二维导电拓扑网格。同时，我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者，何林教授为通讯作者。

层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年，相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年，何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响，测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1]，并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2]，研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年，何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降，证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4]，并于2017年，在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态，魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期，何林课题组发展了一套方法，能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统（STM）研究的双层转角石墨烯，并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质，深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如，何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时，电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度，在体系中产生很大的轨道磁矩（每个莫尔约10μ_B），由于轨道磁矩和磁场的耦合，谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了，当双层石墨烯的转角接近魔角时，体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带（赝朗道能级），何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度，产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中，何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用，并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中，他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度，产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8]，这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制，在双层转角石墨烯体系，由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争，其原子结构也会随着角度发生改变。最近，何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化，发现当转角大于魔角时，体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转，层内晶格畸变几乎可以忽略（定义为非重构结构）；当转角小于魔角时，由于莫尔条纹周期较大，层间堆垛能占主导，从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界（domain wall）网格（定义为重构结构）。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯（分别为AB堆垛和BA堆垛），能传输谷极化的电流（图一）。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步，我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换，从而开关其二维导电拓扑网格。同时，我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者，何林教授为通讯作者。

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。

项目简介 石墨烯属于碳纳米材料家族中的一员，是一种单层的二维原子晶体，具有高硬度、高导热性、高载流子迁移率等诸多优良特性，被认为是新一代电子学器件的重要基础材料。近年来我们通过技术改良， 研制成功了可批量

杭州高烯科技有限公司创建于2016年，注册资本6600万元，拥有10000平米研发中心。公司秉承首创（First）、极致（Best）、使命（Most）“3T”经营理念，致力于单层石墨烯及其宏观组装材料的研发、生产及技术服务。 公司科研实力雄厚，十几名专职研发人员均来自国内外知名高校。现已申请石墨烯领域专利三百多项，其中发明型专利占比90%以上。成功开发出石墨烯“1+3型”产业链技术和产品：单层氧化石墨烯、石墨烯多功能复合纤维、石墨烯电热膜、石墨烯导热膜，技术指标国际领先，应用前景广阔，获得国际石墨烯产品认证中心(IGCC)全球首个单层氧化石墨烯及单层氧化石墨烯改性功能纤维尼龙6产品认证证书。2020年，公司全面启动石墨烯终端产品品牌——烯凤凰。 2020年，为了加快推进石墨烯复合纤维的全生态发展，高烯科技联合业内权威专家、科研院所、龙头企业，共同成立了石墨烯多功能复合纤维共同体研究院，助力纤维强国、科技强国。 创新引领，质量当先。公司始终把科技创新和产品质量作为安身立命之本。于2019年11月通过质量管理体系认证，2018年9月通过知识产权管理体系认证。 自成立以来，公司各方面飞速发展。获评“杭州市领军型创新团队”、“杭州市专利示范企业”，荣获“2019年度石墨烯+纺织产品跨界融合奖”，入选“2019年杭州市雏鹰计划企业”。公司现已成长为国家高新技术企业、全国科技型中小企业。 “高瞻远瞩、烯美天下”，公司将专注于单层石墨烯及其宏观材料，奋力开创石墨烯产业新纪元！ 单层氧化石墨烯是石墨烯产业发展所需的核心原料。分散性极好，容易加工成各类材料，应用范围十分广泛。 直接与极性塑料、涂料、橡胶、纤维、陶瓷、金属等进行混合制备复合材料，可提高其强度、模量、抗紫外、抗腐蚀、耐磨损、远红外发射等性能；用于超级电容器、电池，可提高其容量、循环稳定性、倍率性能等；用于石墨烯纤维、膜，可获得兼具高导热、高导电与超柔性的电子产品；用于纳滤膜，可获得高通量、高截留率产品；用于气凝胶，可获得超轻、高孔隙率、弹性产品等等。 该产品已支持全球数百家科研院所进行深度研究，发表高质量论文数百篇。 【性能优势】 全单层结构。单层率＞99%。 大尺寸。横向尺寸＞40微米，可根据需要调控。 连续可纺性。浆料整体质量达到纺丝级别，无需任何添加剂便可直接进行湿法纺丝，制备石墨烯基碳纤维。 明亮液晶态。在1mg/g左右的较低浓度下可形成液晶，在偏光显微镜下观察到亮丽多彩的液晶织构。 分散力上佳。在复合材料中分散性好，可原位聚合制备多功能复合材料，团聚少，性价比高。 超纯度。金属离子含量极低，可达电子级。 粉末再分散性优异。产品有粉末和浆料两种形态，粉末能在水和极性有机溶剂中再分散成单层结构。 高溶解度。在水和极性有机溶剂中溶解度＞10mg/g，可以直接纺丝成纤维、刮涂成膜或冷冻干燥成气凝胶。

石墨烯橡胶复合材料的制备是一个挑战性的国际难题，采用常规方法难以制备。四川大学在国际上首次提出胶乳混合和原位还原的方法制备石墨烯橡胶纳米复合材料。解决了石墨烯的剥离和均匀分散难题，材料的机械强度、导电、阻隔等综合性能大幅度提高。提出了材料增强、阻隔、耐疲劳机理。研究工作被国际权威专家评价“他们的发现阐明了石墨烯用于天然橡胶增强的巨大潜力”。

本项目提出以中国富产的煤炭为前驱体，采用催化石墨化耦合高温提纯技术，利用催化剂的溶解再析出机理和碳化物转化机理，调变煤基本有机结构单元的尺寸，并辅以化学氧化及低温等离子等技术手段，将煤炭基本单元的无序结构转化为结构和性能可以在一定程度上调控的煤基石墨烯。项目的实施将全面诠释煤粉粒度、有机显微组分、无机显微组分、挥发份、固定碳等参数对煤基石墨烯之形成和组装的基本影响规律，研究建立构筑煤基石墨烯的新方法及其调控策略，可以开发煤炭加工利用的新方向，扩大和丰富粉煤利用技术的内涵。 本项目的创新点在于用结构杂乱无章的煤炭构筑结构规整有序、具有丰富而新奇物理特性和许多优异化学性质的石墨烯。

春寒料峭，新冠肺炎疫情持续蔓延，形势严峻，加上持续的阴雨天气，近日武汉的气温断崖式下滑。为了避免交叉感染，保证通风条件，武汉一线医护人员无法在工作、休息区域开启空调加温。他们身着憋闷的防护服，衣服汗潮极易受凉，这着实是抗疫医疗人员面临的一个难题。尤其在医疗资源短缺的情况下，节约使用防护服的他们更值得称赞。看到这一情况，嘉庚创新实验室团队—厦门大学化学化工学院郑南峰教授、萨本栋微米纳米科学技术研究院吴炳辉副教授，随即想到课题组前期的一项研究成果——柔性石墨烯加热膜产品，可以在低温阴天给医护人员带来健康保障，更无忧地抗击疫情。 团队研发的石墨烯远红外加热产品，采用石墨烯导电膜通电后可高效发射出与人体辐射相近的远红外，能够提升人的基础体温。温暖守护的背后是科研工作者的马不停蹄奋战，紧急启动产品生产工艺方案调整，与下游制作商合作，采取边生产边发货方式，力争在疫情期间持续向湖北武汉抗疫前线输送石墨烯热敷腰带等产品。 受限于学生延迟开学而导致研发人手不足的现状，由郑南峰教授、吴炳辉副教授及石墨烯工程与产业研究院6位工程师，亲自下到生产一线，联合厦门晞和科技有限公司彻夜加班赶制了一批电热护腰带、地板加热片、加热床垫等石墨烯远红外加热产品，于2月20日一早将第一批产品通过中山医院搭乘专机驰援湖北一线，为医护人员开展救治和患者康护贡献厦大力量。 厦大附属中山医院援助武汉抗击新冠肺炎的二队医院人员表示，这段时间的武汉较为阴冷，厦大的石墨烯加热腰带及地暖等产品他们已经开始使用，操作方便并且加热保暖效果非常好，他们衷心感谢厦大和嘉庚实验室科研团队的支持和帮助。 患难见真情，天寒暖人心。我校科研工作者在奋斗一线的同时，与我校石墨烯工程与产业研究院密切合作的福建经纬集团有限公司也提供了口罩物资援助，在这个抗疫的冬天，所有人的行动都暖在心，武汉加油！