本发明公开了一种石墨烯/Cu/Ni 复合电极及其制备方法。复合 电极包括 Cu/Ni 合金层和覆盖在 Cu/Ni 合金层上的石墨烯薄膜；其中， Cu/Ni 合金层由 Ni 膜和覆盖在 Ni 膜上 Cu 膜发生 Ni 原子与 Cu 原子的 相互扩散形成，Ni 膜与 Cu 膜的厚度比为 1:(3～10)。本发明避免了石 墨烯转移过程和图形化过程对石墨烯质量的破坏，减少了石墨烯缺陷 的数目，通过调整 Ni 膜与 Cu 膜的厚度，采用分段

本发明公开了一种石墨烯/Cu/Ni 复合电极及其制备方法。复合 电极包括 Cu/Ni 合金层和覆盖在 Cu/Ni 合金层上的石墨烯薄膜；其中， Cu/Ni 合金层由 Ni 膜和覆盖在 Ni 膜上 Cu 膜发生 Ni 原子与 Cu 原子的 相互扩散形成，Ni 膜与 Cu 膜的厚度比为 1:(3～10)。本发明避免了石 墨烯转移过程和图形化过程对石墨烯质量的破坏，减少了石墨烯缺陷 的数目，通过调整 Ni 膜与 Cu 膜的厚度，采用分段

石墨烯增强金属基复合材料制备及性能研究

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。

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。

本技术采用先进的氧化石墨烯分散技术，实现了氧化石墨烯在超高性能混凝土的可控分散，进而制备出超高韧性、超高耐久的水泥基材料。本技术通过从纳微观尺度上对水泥基材料水化产物的改性，克服了传统水泥基材料本质上脆性行为的弊端，产品能够在严苛的服役环境中长期（大于 100 年）保持优异的服役状态。同时，相比于现有的纳米混凝土改性技术，本技术使用的纳米外加剂-氧化石墨烯制备工艺简单，价格优势明显，改善效果更为显著，使该产品具有较大的经济优势。 

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。

Ag 纳米颗粒具有优异的抗菌及杀菌性能，且具有广谱性及无抗药性。石墨烯是近年来最热门的材料之一，可以作为载体制备纳米复合材料，广泛应用在光电，电池，生物，医学等众多领域。对比目前 Ag 抗菌材料的载体如沸石，二氧化硅等来说，石墨烯具有独特的二维结构，其高的比表面积，稳定的物理及化学性质，可以优化 Ag 基纳米颗粒的生长，控制其形貌尺寸，从而获得性能优异的复合材料。 其独特的二维结构以及界面性能使其可以组装成不同应用环境的器件，因此具有广泛的适用范围和广阔的应用前景。重要的是，石墨烯还具有良好的生物相

Ag纳米颗粒具有优异的抗菌及杀菌性能，且具有广谱性及无抗药性。石墨烯是近年来最热门的材料之一，可以作为载体制备纳米复合材料，广泛应用在光电，电池，生物，医学等众多领域。对比目前Ag抗菌材料的载体如沸石，二氧化硅等来说，石墨烯具有独特的二维结构，其高的比表面积，稳定的物理及化学性质，可以优化Ag基纳米颗粒的生长，控制其形貌尺寸，从而获得性能优异的复合材料。其独特的二维结构以及界面性能使其可以组装成不同应用环境的器件，因此具有广泛的适用范围和广阔的应用前景。重要的是，石墨烯还具有良好的生物相容性，是抗

一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 本项目开创性地将石墨烯用于包覆钛酸锂，通过独特的加工工艺制得业内领先的石墨烯包覆钛酸锂材料，有效地解决了钛酸锂负极材料的产气问题，并以此为基础制得了高性能的钛酸锂超级电池。该电池单体可8C持续放电，20C脉冲放电，充放电循环大于30000次，10分钟可充电90%以上，低温性能优异（可在-40度环境下放电）。 石墨烯具有高导电性和优良的电化学稳定性，通过石墨烯的均匀包覆改善了钛酸锂的电子电导性，进而提升了电池的大倍率充放电能力和高低温性能。同时，石墨烯包覆降低了材料充放电过程中的极化，提高了材料的容量发挥，通过钝化钛酸锂材料表面的活性位点，解决了其产气问题。利用该负极材料做成钛酸锂超级电池，具有优异的倍率充放电性能、长寿命、高安全性能和优异的低温充放电性能。 本项目首先开发了石墨烯包覆的钛酸锂材料，采用高温固相法合成，X射线衍射图谱证明其为标准的钛酸锂尖晶石结构，微观上由100-200nm的一次颗粒组成的微米和亚微米级二次球形颗粒，D50为15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。 获得了基于石墨烯包覆钛酸锂负极材料的钛酸锂超级电池，通过串并联成组后可以用于低温启动电源，轨道交通，储能等领域，在长寿命、高安全、快充和低温充放电领域具有广阔的应用前景。