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本發(fā)明公開了一種基于紅外線輻照的石墨烯/聚合物復合材料的制備方法，包括以下步驟：1）將氧化石墨溶液與聚合物溶液或者聚合物乳液混合，得到混合液，澆注或者紡絲，干燥至總?cè)軇┑闹亓堪俜趾啃∮诘扔?0%，得到復合產(chǎn)物；2）在紅外線加熱燈輻照下將復合產(chǎn)物中的溶劑除去并進行氧化石墨的還原反應，得到石墨烯/聚合物復合材料。本發(fā)明制備方法中，利用紅外線加熱燈輻照下制備石墨烯/聚合物復合材料，工藝非常簡便、生產(chǎn)成本很低，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，聚合物可選擇不同的種類，可以制備不同的石墨烯/聚合物復合材料，可以滿足不同的生產(chǎn)和使用要求，在導電高分子復合材料以及薄膜、纖維等領域具有廣闊的應用前景。

本發(fā)明提供了一種快速制備銀納米方?石墨烯?泡沫鎳復合材料的方法。主要包括以下幾個工藝步驟：１．用化學氣相沉積法（ＣＶＤ）在泡沫鎳基體上生長一層石墨烯，制備出石墨烯／泡沫鎳基體；２．采用多元醇還原法制備銀納米方；３．將上述石墨烯／泡沫鎳基體材料放入裝有磁子的反應器中，加入經(jīng)丙酮離心稀釋后的銀納米方，置于油浴鍋中，轉(zhuǎn)速調(diào)解在２６０?３６０ｒ／ｍｉｎ，在一定溫度下保溫一段時間，取出漂洗并烘干，得到銀納米方?石墨烯?泡沫鎳復合材料。４將制備好的銀納米方?石墨烯?泡沫鎳復合材料放入管式爐中進行退火處理。

有序納米多孔功能材料，例如微孔的沸石和介孔的二氧化硅分子篩、金屬-有機框架材料（MOFs）和共價有機框架材料（COFs），由于其發(fā)達的孔道結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、較小的材料密度等優(yōu)異的物理化學特性，在吸附、分離、傳感器、離子交換、負載催化、藥物輸送、電磁防護、環(huán)境治理、電化學能量存儲和轉(zhuǎn)化等諸多領域都有著廣泛應用。

氧化石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)、豐富的表面官能團及 P 型半導體性質(zhì)。通 過氧化石墨烯與 ZnO 納米片及 SnO2 納米纖維進行復合，大幅度提升了其對丙酮、 甲醛等特異性氣體檢測。其敏感性能的提升歸因于氧化石墨烯和半導體材料二者 的協(xié)同效應。相關(guān)研究解決了現(xiàn)有技術(shù)中的半導體氣體傳感器檢測限和選擇性較 低的問題。

成果描述：近年來，不論是食品行業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生、還是一般家庭都對衛(wèi)生防菌意識日益提高，國內(nèi)外市場對抗菌制品的需求不斷增加。目前1Cr18Ni9Ti(奧氏體不銹鋼)、3Cr13(馬氏體不銹鋼)使用量大，具有代表性。本成果對上述兩種不銹鋼材料分別加入微量的銀或微量的銅，通過特殊的抗菌處理，使材料在機械性能不變的前提下具有很好的抗菌功能，并研究出該材料的加工工藝方法，為工廠試生產(chǎn)及在廚房、家電、衛(wèi)生潔具、醫(yī)療行業(yè)中得到應用奠定了基礎。市場前景分析：家電（洗衣機內(nèi)桶、冰箱內(nèi)膽）、廚房用具（刀具、鍋勺等）、衛(wèi)生潔具、醫(yī)院設備及手術(shù)器件等所用材料，對抗菌性能有一定要求的使用環(huán)境。目前國內(nèi)用于家電、裝飾、廚房、衛(wèi)生潔具用不銹鋼約400萬噸。若有1％的抗菌功能的不銹鋼材料取代普通不銹鋼，其特鋼生產(chǎn)廠家新增產(chǎn)值為14～16個億。該材料的使用廠家第二次效益會遠遠高于這個數(shù)字。與同類成果相比的優(yōu)勢分析：1、對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膜菌，滅菌率達98％以上（按日本厚生省相關(guān)技術(shù)標準測定）。 2、抗菌不銹鋼與同類非抗菌不銹鋼相比生產(chǎn)成本增加不大于20％。 國內(nèi)領先。

石墨烯中電子除了自旋這個內(nèi)秉自由度，還有子格贗自旋和谷贗自旋自由度。石墨烯中電子的多自由度給石墨烯帶來了很多新奇的物理性質(zhì)。單原子缺陷是材料體系中最簡單的缺陷形式，可以作為一種模型體系來幫助了解缺陷對材料性質(zhì)的影響和調(diào)控。物理學系何林教授課題組長期致力于研究石墨烯中的單原子缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷可對石墨烯中自旋、子格贗自旋和谷贗自旋相關(guān)的電學性質(zhì)產(chǎn)生深刻影響。例如，他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）首次證實石墨烯中單原子空位缺陷存在局域自旋磁矩，并在原子尺度上實現(xiàn)了對其自旋磁矩調(diào)控，實現(xiàn)了三種自旋量子態(tài)；觀測到石墨烯中單原子缺陷引入的對稱性破缺態(tài)，并系統(tǒng)地測量了缺陷附近谷極化和谷依賴的自旋極化在實空間的分布情況。 石墨烯中電子的子格贗自旋來自于其六角晶格結(jié)構(gòu)，有A和B兩套子格，因此波函數(shù)數(shù)學形式上類似于自旋。對于電子自旋有很多有意思的可觀測物理現(xiàn)象，那么對應石墨烯中的子格贗自旋是否有可觀測的物理現(xiàn)象呢？帶著這一問題，何林教授課題組開展了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)石墨烯中的單原子缺陷可以使準粒子在石墨烯手性不同的兩個谷之間發(fā)生彈性散射，并伴隨著子格贗自旋的旋轉(zhuǎn)，在缺陷附近產(chǎn)生一個原子尺度的子格贗自旋渦旋，而贗自旋在渦旋（單原子缺陷）的繞數(shù)直接反映了體系的Berry相位（圖1）。通常來說，貝利相位的測量需要借助于外加磁場，因為磁場可以驅(qū)動準粒子沿閉合的軌跡絕熱運動，所以這一的結(jié)果提供了一個簡單的方法測量不同層石墨烯Berry相位的方法。何林教授課題組利用STM測量單原子缺陷引起的谷間散射形成的電荷密度波振蕩，證明電荷密度波振蕩在實空間中增加的額外波前條紋數(shù)直接反映了子格贗自旋在渦旋的繞數(shù)，從而可直接測量不同層石墨烯的Berry相位。最近的工作中，他們對雙層石墨烯進行了詳細的研究，并將相關(guān)結(jié)果推廣到多層石墨烯體系。進一步他們還研究了相同和相反繞數(shù)的子格贗自旋渦旋的量子干涉。上述結(jié)果直接證明了子格贗自旋有很多豐富有趣的物理現(xiàn)象亟待深入研究，也為子格贗自旋物理提供了全新的研究思路。

石墨烯中電子除了自旋這個內(nèi)秉自由度，還有子格贗自旋和谷贗自旋自由度。石墨烯中電子的多自由度給石墨烯帶來了很多新奇的物理性質(zhì)。單原子缺陷是材料體系中最簡單的缺陷形式，可以作為一種模型體系來幫助了解缺陷對材料性質(zhì)的影響和調(diào)控。物理學系何林教授課題組長期致力于研究石墨烯中的單原子缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷可對石墨烯中自旋、子格贗自旋和谷贗自旋相關(guān)的電學性質(zhì)產(chǎn)生深刻影響。例如，他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）首次證實石墨烯中單原子空位缺陷存在局域自旋磁矩，并在原子尺度上實現(xiàn)了對其自旋磁矩調(diào)控，實現(xiàn)了三種自旋量子態(tài)；觀測到石墨烯中單原子缺陷引入的對稱性破缺態(tài)，并系統(tǒng)地測量了缺陷附近谷極化和谷依賴的自旋極化在實空間的分布情況。 石墨烯中電子的子格贗自旋來自于其六角晶格結(jié)構(gòu)，有A和B兩套子格，因此波函數(shù)數(shù)學形式上類似于自旋。對于電子自旋有很多有意思的可觀測物理現(xiàn)象，那么對應石墨烯中的子格贗自旋是否有可觀測的物理現(xiàn)象呢？帶著這一問題，何林教授課題組開展了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)石墨烯中的單原子缺陷可以使準粒子在石墨烯手性不同的兩個谷之間發(fā)生彈性散射，并伴隨著子格贗自旋的旋轉(zhuǎn)，在缺陷附近產(chǎn)生一個原子尺度的子格贗自旋渦旋，而贗自旋在渦旋（單原子缺陷）的繞數(shù)直接反映了體系的Berry相位（圖1）。通常來說，貝利相位的測量需要借助于外加磁場，因為磁場可以驅(qū)動準粒子沿閉合的軌跡絕熱運動，所以這一的結(jié)果提供了一個簡單的方法測量不同層石墨烯Berry相位的方法。何林教授課題組利用STM測量單原子缺陷引起的谷間散射形成的電荷密度波振蕩，證明電荷密度波振蕩在實空間中增加的額外波前條紋數(shù)直接反映了子格贗自旋在渦旋的繞數(shù)，從而可直接測量不同層石墨烯的Berry相位。最近的工作中，他們對雙層石墨烯進行了詳細的研究，并將相關(guān)結(jié)果推廣到多層石墨烯體系。進一步他們還研究了相同和相反繞數(shù)的子格贗自旋渦旋的量子干涉。上述結(jié)果直接證明了子格贗自旋有很多豐富有趣的物理現(xiàn)象亟待深入研究，也為子格贗自旋物理提供了全新的研究思路。

項目簡介： 石墨烯具有優(yōu)異的導電性和機械性能，在鋰電、超級電容器等方面有廣闊的應用前景，但國內(nèi)市場化的石墨烯以多層為主，性能優(yōu)異的單層石墨烯價格昂貴。本項目開發(fā)了一種綠色、低成本、可大規(guī)模制備的高性能單層石墨烯技術(shù)，工業(yè)前景廣闊。社會經(jīng)濟效益：低成本、高性能、無污染、應用廣、可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。創(chuàng)新點：綠色環(huán)保、成本低、性能優(yōu)異、適宜規(guī)模化生產(chǎn)。

本發(fā)明公開了一種石墨烯復合膜片上電感，屬于微電子器件技術(shù)領域。本發(fā)明中，位于襯底上方的 片上電感采用石墨烯復合膜作為電感線圈材料，石墨烯復合膜由石墨烯層、絕緣介質(zhì)層、金屬導電層依 次疊加組成。其中，石墨烯層和金屬導電層共同組成片上電感的導電通道，有利于降低電感電阻值，提 高電感品質(zhì)因數(shù)；絕緣介質(zhì)層位于石墨烯層與金屬導電層之間，對石墨烯層和金屬導電層主體進行隔離 以降低金屬導電層對石墨烯中電子輸運的干擾，使石墨烯提供大動態(tài)電感，大幅增加片上電感電

“石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準調(diào)控及其應用”首次實現(xiàn)石墨烯單晶量子點和單層石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準控制。 一、項目分類 重大科學前沿創(chuàng)新 二、成果簡介 近年來，石墨烯領域未獲得突破性應用成果，也未找到“殺手锏”應用領域，關(guān)鍵是石墨烯結(jié)構(gòu)調(diào)控不到位。一個基本的共識是，對石墨烯材料的結(jié)構(gòu)進行設計和調(diào)控，有助于在光電器件、能源轉(zhuǎn)化存儲、重大疾病診療、污染物治理等領域取得重大突破。上海大學吳明紅院士領銜的研究團隊聚焦“石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準調(diào)控及其應用”取得了開創(chuàng)性的研究成果，首次實現(xiàn)石墨烯單晶量子點和單層石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準控制，在Nature及其子刊上發(fā)表十余篇系列論文，獲得國家自然科學二等獎。負責人吳明紅是中國工程院院士、俄羅斯工程院和俄羅斯科學院外籍院士，獲國家杰出青年基金、教育部長江學者及創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃等支持。團隊依托有機復合污染控制工程教育部重點實驗室，推動基礎科研成果向應用轉(zhuǎn)化，在生物醫(yī)學、環(huán)境治理等領域取得了相關(guān)應用突破。 一、主要理論突破 聚焦于研究主題，團隊在以下三個方面取得重要突破： 1）為解決傳統(tǒng)方法制備的石墨烯缺陷多，無法量產(chǎn)的問題，團隊在分子水平上首次使用分子融合法實現(xiàn)了高品質(zhì)單晶石墨烯量子點的可控制備。通過對單晶石墨烯量子點精準的物理化學性質(zhì)調(diào)控實現(xiàn)了不同亞細胞器的定位，有力推動了石墨烯量子點在生物成像、重大疾病診療中的應用。 2）為解決單層石墨烯容易聚集的難題，團隊通過“原位復合與還原”一步法調(diào)控策略，獲得單層石墨烯復合催化材料。團隊首次在該材料上觀測到光生電子空穴對分離的皮秒級超快過程，發(fā)現(xiàn)并揭示了單層石墨烯高效抽取和快速傳輸光電子這一重要規(guī)律，為高質(zhì)量單層石墨烯復合材料在催化等領域的廣泛應用奠定了堅實的理論基礎。 3）精確調(diào)節(jié)石墨烯層間距，可以將石墨烯有針對性地應用于離子篩分、污染物選擇性吸附等廣泛領域。團隊通過金屬水合離子的層間插入控制氧化石墨烯層間距，在國際上首次實現(xiàn)了層間距在超小尺度上（1 Å）的精確控制。 二、在黑臭水體治理、地表水水質(zhì)提升上的應用 地表水內(nèi)源污染治理的關(guān)鍵是削減河道污染負荷，重建水生生態(tài)。團隊以層間距可控石墨烯為基質(zhì)，發(fā)展了水環(huán)境污染生態(tài)修復的疊層材料。以石墨烯為基體的復合微生物在其表面生長并形成生物膜，通過石墨烯和生物膜的協(xié)同作用，對水體污染物進行高效截留、吸附并降解。該復合技術(shù)運行成本低，治理周期短，工藝簡單，無需底泥疏浚即可將地表水提升至IV類水以上水質(zhì)指標，對河水的COD、氨氮和總磷，去除率達到80%以上。目前，團隊已與上海寶山區(qū)政府建立多個石墨烯治理黑臭水體示范基地，顯著提升當?shù)厮|(zhì)環(huán)境水平。 三、石墨烯負極材料的鈉離子電池儲能系統(tǒng)應用 鋰資源的匱乏，不足以支撐鋰離子電池在儲能市場的廣泛應用，其成本較高的弊端也逐漸顯露。同時國內(nèi)外化學儲能市場需求越來越大，促使研究者們利用資源豐富的鈉元素組裝得到鈉離子電池。 經(jīng)過對鈉離子電池材料體系篩選和研究，本團隊核心材料選用普魯士藍及其類似物作為鈉離子電池正極，碳基材料作為鈉離子電池負極。其中普魯士藍制備主要采用沉淀法及水熱法，能耗更低。此外，普魯士藍能夠作為一種染料進行使用，其安全性非常高。經(jīng)過一系列放大，正極普魯士藍材料的充放電比容量達到160 mAh/g，碳負極材料的充放電比容量達到300 mAh/g。經(jīng)過中試線生產(chǎn)預制，單體電池工作電壓在3.2 V左右，能量密度在100 Wh/kg以上。單體電池在穿刺、擠壓、外部短路、及破壞后浸水測試的情況下，均沒有發(fā)生自燃和爆炸等情況，安全性高。 目前，擬搭建5條鈉離子電池儲能全自動生產(chǎn)線及相關(guān)配套設施，研發(fā)生產(chǎn)低成本、高安全、長壽命鈉離子電池關(guān)鍵材料，實現(xiàn)高性能鈉離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，預計至2026年項目達產(chǎn)后，年產(chǎn)值達約22.5億元；年畝均產(chǎn)值1666萬元。 四、石墨烯傳感材料在呼吸式血糖儀中的應用 我國糖尿病人數(shù)眾多，并逐年上升。血糖檢測儀與檢測試紙市場規(guī)模約為460億元，然而國外品牌卻占市場份額大半。現(xiàn)有血糖儀采取長期有創(chuàng)刺血檢測，存在很大感染風險，給病友帶來巨大的生理和心理上的痛苦。呼吸式血糖檢測無創(chuàng)，吹氣即可檢測，完美解決市場痛點。 糖尿病患者呼吸的氣體中，可檢測的VOCs較異常，需要高靈敏度的氣體傳感器進行識別。但是，常規(guī)氣敏傳感材料檢測限與響應恢復能力不足，且難以在復雜氣體氛圍中實現(xiàn)特異性檢測。團隊通過對石墨烯帶隙和表界面特性的精確調(diào)控，實現(xiàn)皮秒級載流子空穴的形成，從而實現(xiàn)對氣體分子的快速響應，解決氣體傳感器靈敏度、選擇性和響應恢復迅速的關(guān)鍵科學問題。研發(fā)的呼吸式血糖儀可滿足確診病友的日常檢查、實現(xiàn)醫(yī)院、公共場所快速篩查、手機APP記錄管理以及網(wǎng)上專家互動診斷等功能，具有無創(chuàng)傷、無痛苦、便捷即時（15s）等特點，是首款呼吸式血糖檢測產(chǎn)品。目前已二類醫(yī)療器械證書，即將已進入臨床階段。