01. 成果简介 世界上有数以百万的语言障碍患者，其中有的是由于先天缺陷导致其存在语言功能障碍，也有的是后天的一些疾病致使其丧失语言功能，语言功能障碍给他们的生活带来了极大的困难和不便。电子人工喉是一种简易的语言康复方法，其通常需要安装在口内喉部，由肺部发出的气流经过舌、唇的调制，引起人工喉膜片振动，使其发出语音信号。然而，现有电子喉助音器无法清晰还原患者声音，发音模糊，训练周期长，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成极大不便，所以亟需便于失语者携带、操作简单、性能优异的新型人工喉的器件及系统研究。 本成果团队研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更贴合人体皮肤的纹身式薄膜作为衬底，无需胶带粘贴，可直接贴敷在人体喉咙，极大地提高了佩戴舒适感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收发声系统方面有了双重突破，实现了石墨烯的器件级应用至系统级应用的跨越。通过专用电路对声音信号的放大和转换，第二代石墨烯智能人工喉首次将收声系统和发声系统连接起来，实现了声音输入到输出的闭环，并可以通过示波器实时观测喉部运动情况。接着，通过与单片机的结合，该器件可以将人体喉部的不同动作“翻译”成不同的声音，实现了动作发声系统。通过连接解码器，该器件还可以播放任意音乐。最后，第二代石墨烯智能人工喉系统可通过臂包穿戴在胳膊上，首次实现了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未来将进行体积更小及功能更多的集成，有望实现像“创可贴”一样贴附在人体喉部并帮助失语者“开口说话”。图1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系统02. 应用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收声和发声于一体，可直接贴附于失语者喉部，并将喉部的不同动作转化为对应声音，有望帮助失语者正常与他人“交谈”。在未来，该器件将与声纹识别、机器学习等技术结合，在语音识别、家庭医疗等领域具有广阔前景。03. 知识产权 已获得国家发明专利授权2项。04. 团队介绍 本成果项目团队负责人为任天令教授，清华大学信息科学技术学院副院长，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，清华大学环境与健康传感技术研究中心副主任。担任IEEE电子器件学会副主席（中国大陆首次）、国际微电子领域顶级学术会议IEDM执委（中国大陆首次）、IEEE电子器件学会教育委员会主席（中国大陆首次）、中国微米纳米技术学会理事等。近年来，承担国家自然科学重点基金、国家重大科技专项、国家公益性行业科研专项、国家重大仪器专项、国家863计划、国家973计划等多项国家重要科技项目，做出一系列具有重要国际影响的创新学术成果。主要研究方向为智能微纳电子器件、芯片与系统，包括：智能传感器与智能集成系统，二维纳电子器件与芯片，柔性、可穿戴器件与系统，智能信息器件与系统技术等。在国内外重要学术期刊和会议发表重要SCI期刊论文400余篇，国际微电子领域顶级学术会议IEDM论文11篇；获国内外发明专利70余项，入选2018年爱思唯尔（Elsevier）“中国高被引学者”（微电子领域唯一入选者）。获2018年电子学会自然科学一等奖，“石墨烯智能人工喉”荣获科技导报评选的2017“中国十大重大技术进展”，“人工智能微纳电子器件”荣获2017“清华大学十大重大学术成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全国科技活动周被评为“最受公众喜爱项目”，还入选2018年中国国际智能产业博览会十大“黑科技”创新产品（从1082项创新产品中脱颖而出）。团队成员有副教授、助理教授、助理研究员等7人。05. 合作方式 技术许可。06. 联系方式 邮箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

本课题组开发出一种用于油水分离的高吸油海绵的制备方法，以聚氨酯海绵为基地材料，在疏水改性剂中浸泡后，加热活化即可，具有成本低廉，工艺简单易行，无需复杂设备和气氛保护，可进行大规模生产等特点，有望在水体油类污染物清除、石油开采、工业油类污染物分离等方面得到广泛应用。改性海绵的超薄疏水改性层保持了聚氨酯海绵固有的高孔隙率及高弹性，同时获得了高效吸油的特点。本方法制得的吸油海绵具备只吸油不吸水，可快速对水上和水下的多种油类及有机溶剂进行选择性吸收，吸油量达自重的数十倍至数百倍等优点，可通过简单挤压的方式回

产品详细介绍 海绵城市STEAM主题课程 项目背景 现代大城市每次在遭遇暴雨侵袭时，常在部分地区形成内涝，严重影响城市交通、公共卫生以及居民生活。同时过度开采地下水，使城市形成大范围的地下水漏斗，加剧了水资源紧缺。针对当前这种状况，国家多次强调要在城市建设“自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”，这种水资源管理策略和方法是新一代城市雨洪管理理念。 在本项目中，学生可以通过借助海绵城市主题包和编程教学软件，让学生在课堂上通过动手实验、设计、搭建等方式了解海绵城市，加深对城市水体调控的理性认识。学习一定的编程思维以及利用编程实现对海绵城市的功能进行控制。 课程性质 这是一门以项目式教学开展的跨学科课程，以基于建构主义理论的 5E 教学模式作为指导，结合了小学科学课程标准、化学课程标准和基础教育信息技术课程标准。 课程目标 1.知识与技能 ⚫  了解海绵城市的结构组成和功能设定。 ⚫  认识海绵城市中水的收集、渗透、净化、储存和利用的工作原理。 ⚫  运用海绵城市的结构特点完成海绵城市的模型搭建。 ⚫  学习图形化编程的基础知识，能对海绵城市进行智能化控制。 2.过程与方法 ⚫  通过水的渗透、收集等实验认识科学探究的意义和基本过程，增进对科学探究的体验。 ⚫  能通过观察、实验、查阅资料、案例分析等方式获取海绵城市相关的知识，形成跨学科学习的思维，养成严谨的思维习惯，提升创新能力。 3.情感态度与价值观 ⚫  能大胆质疑，从不同视角提出研究思路和方法。 ⚫  关注与环保相关的社会问题，初步形成主动参与社会决策的意识。 ⚫  初步养成勤于思考、严谨求实、交流合作等品质。

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。

该项目利用先进激光诱导石墨烯技术（Laser Induced Graphene, LIG）成功制备出无基质的大尺寸石墨烯纸，并可对其结构和性能进行精准调控，为石墨烯的广泛应用提供了有力支撑。该方法不仅实现了石墨烯纸的连续/高效/低成本/大规模制备，还可对石墨烯纸进行多尺度/图案化/不同结构的定制化制作，同时性能可调控的特点有效扩展了石墨烯纸的多功能应用。 目前，研发团队在实验室条件下已实现基于石墨烯纸的智能复合材料在自固化，全生命周期结构健康监测和功能结构层-阻燃/除冰方面的成功应用。同时基于其可调控的结构和性能，已开展其在传感、结构功能表面、超级电容器和生物抗菌方面的应用研究。该项目在智能传感，能源存储等领域受到行业多家企业的关注，后续将在智能复合材料一体化成型及结构健康监测、高灵敏性可穿戴器件集成以及高性能蓄电池复合板栅材料等方面开展交流合作。 该项目所制备的石墨烯纸应用非常广泛，能应用在在传感、储能、环境等方面。“原位激光诱导石墨烯”技术能满足储能领域、军用高强度结构、民用可穿戴器件等各领域的产业化需求。

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。

该项目利用先进激光诱导石墨烯技术（Laser Induced Graphene, LIG）成功制备出无基质的大尺寸石墨烯纸，并可对其结构和性能进行精准调控，为石墨烯的广泛应用提供了有力支撑。该方法不仅实现了石墨烯纸的连续/高效/低成本/大规模制备，还可对石墨烯纸进行多尺度/图案化/不同结构的定制化制作，同时性能可调控的特点有效扩展了石墨烯纸的多功能应用。

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

本发明公开了一种利用微波燃烧对石墨烯进行可控造孔的方法，采用硝酸盐、醋酸盐或者银单质和氧化石墨烯作为原料，首先将原料进行均匀包覆、冷冻、干燥处理，通过控制原料的成份、浓度和冷冻与干燥的时长，制得各种成分、各种均匀性的复合物；通过对该复合物进行微波燃烧处理、控制微波处理时长得到不同孔径分布的多孔石墨烯；本发明提供的这种方法在 6～45s 反应时间内获得多孔石墨烯，主孔径在 5nm～200nm 范围内，快速简单的实现对复

本发明公开了一种石墨烯支撑的微米金核壳结构及其制备方法；制备方法包括下述步骤：(1)获得聚苯乙烯微球乳液，并在聚苯乙烯微球乳液中加入改性溶液后进行搅拌，获得表面改性的聚苯乙烯微球乳液；(2)获得微球金种子的凝胶溶液；(3)获得表面有金壳层的聚苯乙烯微球的凝胶溶液；(4)将所述表面有金壳层的聚苯乙烯微球的凝胶溶液进行烘干后获得粉末状的样品；通过将样品在四氢呋喃溶液中浸泡使其在金壳层内壁生长出石墨烯多层并除去聚苯乙烯微球，再进行烘干后获得石墨烯支撑的微米金核壳结构。本发明中改进的单分散法制备的聚苯乙烯微