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本研究利用氧氣對(duì)非骨架摻雜選擇性刻蝕的效應(yīng)，首次在Cu襯底上實(shí)現(xiàn)了石墨烯的完美骨架摻雜生長(zhǎng)，氮摻雜后的石墨烯遷移率高達(dá)13000 cm2/Vs，比其他工藝制備的摻雜石墨烯要高出數(shù)個(gè)量級(jí)。同時(shí)，石墨烯的面電阻也降低到130 oh/sq，摻雜的穩(wěn)定性顯著提高。

包括高純度不同石墨片層大小石墨烯的可控制備及分離技術(shù)，石墨烯的立體 組裝技術(shù)，如大尺寸石墨烯薄膜、石墨烯氣凝膠、褶皺團(tuán)狀石墨烯等。

主要用于電火花加工（EDM）用石墨電極的成形及其修復(fù)。可用于模具制造及其它特種加工行業(yè)。該設(shè)備采用振動(dòng)研磨的方法，利用三維復(fù)制成型的三維研具，一次研磨出三維石墨電極從而加快EDM石墨電極的制造速度。用該電極電火花加工鋼模具，可以快速制造注塑模、鍛模、壓鑄模等。工作范圍：600×500×400（mm）；加工進(jìn)給速度：0～0.8mm/min；設(shè)備精度：±0.0

首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實(shí)現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑 一、項(xiàng)目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新 二、技術(shù)分析 本成果具有創(chuàng)新性、先進(jìn)性。從高校的原創(chuàng)科學(xué)到原創(chuàng)技術(shù)，再到工程化推進(jìn)，且已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的技術(shù)成果。 成果第一完成人帶領(lǐng)科研與產(chǎn)業(yè)兩支隊(duì)伍，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國家重大需求、面向人民生命健康，在單層氧化石墨烯及其宏觀組裝材料的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展方面開展科學(xué)研究、技術(shù)轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化攻堅(jiān)，獲得的成果如下： 發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯纖維在溶劑作用下精確可逆融合與分裂現(xiàn)象，揭示了二維大分子的獨(dú)特界面效應(yīng)，打破纖維越粗越弱的Griffith定律，為未來粗且強(qiáng)的高性能纖維制備提供了新的理論依據(jù)，成果發(fā)表在Science雜志上；(2)發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯的層狀和手性液晶新相態(tài)，為石墨烯宏觀有序組裝材料提供了理論基石；(3)首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實(shí)現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑；(4)建立了較系統(tǒng)的液固相轉(zhuǎn)變組裝方法學(xué)，制備出“世界最輕固體”石墨烯超輕氣凝膠，突破固體表觀密度極限；解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的難題，獲得了高導(dǎo)熱超柔性石墨烯導(dǎo)熱膜。 發(fā)明的新型石墨烯纖維，得到了Nature在線新聞（2011, 78）、Nature 石墨烯增刊（2012, 483, S33）等雜志期刊的高度評(píng)價(jià)：“石墨烯物理性能優(yōu)異，但要駕馭這些性能，必須找到能將優(yōu)異性能納米級(jí)粒子轉(zhuǎn)化為宏觀材料的方法。來自中國杭州浙江大學(xué)的許震和高超正好實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)”等。石墨烯纖維打結(jié)圖與美國奮進(jìn)號(hào)、俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船等一起入選了Nature 2011年度最具影響力圖像，入選理由為:“這一400微米石墨烯結(jié)由中國浙江大學(xué)許震和高超制備，顯示了納米尺度精巧的結(jié)構(gòu)控制。許和高將氧化石墨烯液晶紡制成米級(jí)柔性纖維并轉(zhuǎn)化成石墨烯紗線”。成果第一完成人“因石墨烯纖維的基礎(chǔ)研究工作”，獲得首屆錢寶鈞纖維材料青年學(xué)者獎(jiǎng)。 獲得的多維度多功能石墨烯宏觀組裝材料，得到了Nature（Nature 2013, 494, 404）、（Nature 2013, 497, 448）及Advanced Science News等的亮點(diǎn)評(píng)價(jià)或撰文評(píng)價(jià)：“浙江大學(xué)高超團(tuán)隊(duì)用非模板法獲得了導(dǎo)電、彈性并且密度低于空氣的固體泡沫材料”，“浙江大學(xué)高超教授及同事報(bào)道了具有超高導(dǎo)熱且超柔性特性的石墨烯材料。這樣的設(shè)計(jì)理念和實(shí)驗(yàn)策略能夠拓展至其他二維納米材料中，使得很多大面積多功能的二維材料能夠應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界的柔性器件中，從航空航天到智能手機(jī)，不一而足”等。超輕石墨烯氣凝膠獲得了 “世界最輕固體”吉尼斯世界紀(jì)錄，入選了“2013中國十大科技進(jìn)展新聞”。 在Science、Nat. Electron.、Sci. Adv.、Adv. Mater.等國際知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文240余篇，連續(xù)四年入選科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”。授權(quán)中國發(fā)明專利百余件、國際專利8件。承擔(dān)國家自然基金委重大、重點(diǎn)、杰青項(xiàng)目及軍科委、科工局等項(xiàng)目10多項(xiàng)，項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)近億元。

本發(fā)明提供了一種石墨烯快速剝離的方法；該方法包括 S1 利用化學(xué)氣相沉積法在鎳片上生長(zhǎng)石墨烯；其中生長(zhǎng)溫度為 750℃～1000℃，生長(zhǎng)時(shí)間為 10～30 分鐘，生長(zhǎng)時(shí)通入氣體為甲烷 10～80sccm和氫氣 5～10sccm 并保持生長(zhǎng)氣壓為常壓；S2 將所述附著有石墨烯的鎳片浸泡在氯化鐵溶液中，經(jīng)過電化學(xué)腐蝕后獲得剝離后的石墨烯。本發(fā)明可以在幾十秒到幾十分鐘內(nèi)把石墨烯無破損地從基底鎳片上剝離下來。這為石墨烯的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用提供一種快速的新途徑。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，可以快速的把石墨烯轉(zhuǎn)移到任何基片上；

本發(fā)明公開了一種具有良好分散性的改性石墨烯，以及制備這 種改性石墨烯的方法。通過非共價(jià)鍵的作用，在石墨烯表面修飾高分 子材料，使其具有良好的分散性。這種改性石墨烯的具體制備方法為： 在芳香族小分子上接枝咪唑類化合物，通過咪唑引發(fā)環(huán)氧開環(huán)聚合或 與末端帶有鹵素基團(tuán)的長(zhǎng)鏈高分子直接反應(yīng)，得到末端為芳香基團(tuán)的 長(zhǎng)鏈芳香族化合物，并在分散有氧化石墨烯且具有還原性的溶劑中， 通過一步法在還原氧化石墨烯的同時(shí)將其以非共價(jià)鍵的形式

研究背景 芯片是人類最偉大的發(fā)明之一，也是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心。小到手機(jī)、電腦、數(shù)碼相機(jī)，大到6G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算均基于芯片技術(shù)的不斷突破。半導(dǎo)體光刻工藝水平的發(fā)展是以芯片為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的基石，目前半導(dǎo)體光刻的制造工藝幾乎是摩爾定律的物理極限。隨著制造工藝的越來越小，芯片內(nèi)晶體管單元已經(jīng)接近分子尺度，半導(dǎo)體制作工藝的“瓶頸效應(yīng)”越來越明顯。隨著全球化以及科技的高速發(fā)展，急劇增長(zhǎng)的龐大數(shù)據(jù)量要求數(shù)據(jù)處理模型和算法結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)，帶來的結(jié)果就是對(duì)計(jì)算能力和系統(tǒng)功耗的要求不斷提高。而目前智能電子設(shè)備大多存在傳輸瓶頸、功耗增加以及計(jì)算力瓶頸等現(xiàn)象，已越來越難以滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)計(jì)算力與功耗的需求，因此提高運(yùn)算速度同時(shí)降低運(yùn)算功耗是目前信息工業(yè)界面臨的緊要問題。 如當(dāng)年集成電路開創(chuàng)信息時(shí)代一樣，當(dāng)下已經(jīng)普及的光通信正在成為新革命力量的開路先鋒。與此同時(shí)，光子芯片正在從分立式器件向集成光路演進(jìn)，光子芯片向小型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)已是必然。相對(duì)于電子驅(qū)動(dòng)的集成電路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特點(diǎn)，利用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示的光子芯片，具有非常廣闊的發(fā)展空間和巨大的潛能。 項(xiàng)目功能 本項(xiàng)目瞄準(zhǔn)光通信關(guān)鍵技術(shù)及核心芯片，基于量子阱二極管發(fā)光探測(cè)共存現(xiàn)象，探索關(guān)鍵微納制造技術(shù)，研制出可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信、感知功能的一體化光電子芯片。 技術(shù)路線 一、技術(shù)原理及可行性 本項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人王永進(jìn)教授發(fā)現(xiàn)如圖1所示的量子阱二極管發(fā)光探測(cè)共存現(xiàn)象，首次研制出同質(zhì)集成發(fā)射、傳輸、調(diào)制和接收器件的光電子芯片，這些原創(chuàng)工作引起了業(yè)界相關(guān)科研小組地廣泛關(guān)注，化合物半導(dǎo)體同質(zhì)集成光電子芯片成為研究熱點(diǎn)。香港大學(xué)的蔡凱威小組和申請(qǐng)人合作提出濕法刻蝕和激光選擇性剝離技術(shù)，在藍(lán)寶石氮化物晶圓上實(shí)現(xiàn)LED基同質(zhì)集成光電子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)Ooi教授和美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校Nakamura教授小組在藍(lán)寶石氮化物晶圓上，研制出基于氮化物激光器的同質(zhì)集成光電子芯片(Opt. Express 26, A219(2018))。中科院蘇州納米所孫錢小組在硅襯底氮化物晶圓上，研制出基于氮化物激光器的同質(zhì)集成光電子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK調(diào)制方式下，InGaN/GaN量子阱二極管可實(shí)現(xiàn)Gbps的光發(fā)射、調(diào)制和探測(cè)速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。這些工作表明研發(fā)基于光子傳輸?shù)幕衔锇雽?dǎo)體同質(zhì)集成光電子芯片以實(shí)現(xiàn)片上光子通信是可行的。   二、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝流程 本項(xiàng)目提出的同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片基于常規(guī)的藍(lán)寶石襯底氮化鎵基多量子阱LED外延片進(jìn)行設(shè)計(jì)，無需特殊定制的外延結(jié)構(gòu)。以典型的2寸氮化鎵基藍(lán)光LED外延片為例，其外延片結(jié)構(gòu)如圖2所示，從下至上依次為藍(lán)寶石襯底、AlGaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱層和P型GaN層，通過調(diào)節(jié)InGaN/GaN多量子阱層的參數(shù)（層厚度與In的比例等等）可制備具有不同中心波長(zhǎng)的光源器件。   圖3為本項(xiàng)目所提出的同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片結(jié)構(gòu)。在藍(lán)寶石襯底的氮化物晶圓上通過刻蝕和沉積等一系列晶圓級(jí)微納加工技術(shù)，制備出單片集成的InGaN/GaN多量子阱LED和PD。光子芯片的P、N電極可以采用倒裝技術(shù)直接與基板相連，光線從透明的藍(lán)寶石襯底發(fā)出，這樣不僅使得器件具有優(yōu)良的電性能和熱特性而且簡(jiǎn)化了其后期的封裝工藝。 三、技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì) 1、同一塊晶圓上集成LED和PD使得兩者間距離大大縮短，不僅有助于增強(qiáng)PD對(duì)藍(lán)寶石表面反射光線的耦合，提升感知系統(tǒng)性能，而且縮小了器件整體外形，符合集成電子器件小型化、便攜化的發(fā)展趨勢(shì)； 2、單片集成的LED和PD器件相比于傳統(tǒng)異質(zhì)的、分立的LED和PD簡(jiǎn)化了封裝形式和工藝，不再需要對(duì)LED和PD進(jìn)行單獨(dú)的封裝，而且同質(zhì)集成器件的基板也較異質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單統(tǒng)一，極大地縮短了集成系統(tǒng)的制作周期； 3、同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片采用相同的工藝就可以制作出LED和PD，簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)異質(zhì)材料的復(fù)雜性，縮短了器件流片的周期，使用同一工藝就可將LED和PD進(jìn)行批量生產(chǎn)，有效地降低了生產(chǎn)成本。 四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所在的Peter Grünberg研究中心擁有完整的LED器件制備、光電性能測(cè)試與電學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，并且項(xiàng)目成員積累了豐富的測(cè)試技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，能夠滿足本項(xiàng)目的同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片測(cè)試同時(shí)表征光電參數(shù)與電學(xué)參數(shù)的需求。下圖4所示為器件形貌表征圖，從左邊依次是掃描電鏡圖、光鏡圖、原子力顯微鏡圖。   基于通信感知一體化芯片，本項(xiàng)目利用單個(gè)多功能集成器件成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體脈搏的監(jiān)測(cè)功能，如圖5所示。   另外基于通信感知一體化氮化鎵光電子芯片，我們還實(shí)現(xiàn)了照明、成像和探測(cè)功能為一體的LED陣列系統(tǒng)，如圖6所示。該系統(tǒng)可以在點(diǎn)亮照明的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界光信號(hào)的探測(cè)與感知，通過后端系統(tǒng)處理后，再將信息通過陣列顯示出來，實(shí)現(xiàn)多種功能的集成。 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王永進(jìn)教授是國家自然基金委優(yōu)秀青年項(xiàng)目、國家973項(xiàng)目獲得者，他以第一或通訊作者身份在Light-Sci Appl.等主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表一系列高質(zhì)量研究論文，獲授權(quán)中國發(fā)明專利23項(xiàng)，美國發(fā)明專利2項(xiàng)，被National Science Review、Semiconductor Today等做9次專題報(bào)道，榮獲2019年中國電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)）、2019年南京市十大重大原創(chuàng)成果獎(jiǎng)等。

在大尺寸寬禁帶/半導(dǎo)體單晶襯底外延設(shè)備、材料生長(zhǎng)等方面做出了突出的工作。2001年始，研制出國內(nèi)第一臺(tái)用于氮化鎵（GaN）襯底的鹵化物氣相外延（HVPE）系統(tǒng)，研究發(fā)展了獲得高質(zhì)量GaN襯底所需的所有關(guān)鍵技術(shù)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在氮化鎵單晶襯底設(shè)備和材料技術(shù)領(lǐng)域已獲授權(quán)國家發(fā)明專利30余項(xiàng)、申請(qǐng)國家發(fā)明專利30余項(xiàng)。在國內(nèi)最早研制出2英寸毫米級(jí)GaN單晶襯底，建成6英寸HVPE系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)7片2吋及4-6吋GaN均勻生長(zhǎng)；研究出創(chuàng)新性的GaN襯底批量制備技術(shù)，即將進(jìn)行高質(zhì)量、低成本GaN襯底的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為第三代半導(dǎo)體應(yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。

本發(fā)明公開了一種激光輔助低溫生長(zhǎng)氮化物材料的方法及裝備， 該方法將非氮元素的前驅(qū)體蒸汽和活性氮源前驅(qū)體氣體分別輸送到反 應(yīng)腔室內(nèi)溫度為 250 至 800℃的襯底材料處，利用波長(zhǎng)與活性氮源分 子鍵共振波長(zhǎng)相等的激光束作用于活性氮源氣體，使激光能量直接耦 合至活性氮源氣體分子，加速 NH 鍵的斷裂，提供充足的活性氮源， 使非氮元素與活性氮源發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積第 III 族氮化物膜層材料， 持續(xù)作用直到沉積物覆蓋整個(gè)襯底