09-27

復旦大學《Carbon》：調節雙層石墨烯中的電耦合

雙層石墨烯 (BLG) 因其獨特的可調節物理性質而引起了極大的研究興趣，這些物理性質取決于扭曲角度和層間相互作用。因此，控制 BLG 的電子特性對于開發其在許多領域的潛在應用至關重要，本文，復旦大學孫正宗研究員團隊在《Carbon》期刊發表名為“Tuning electrical coupling in bilayer graphene”的論文，專門研究了通過化學氣相沉積（CVD）生長的具有約0°和約30°兩個代表性扭曲角的BLG單晶。原始BLG單晶的表面電位表明，單層石墨烯 (SLG) 與 BLG 之間的表面電位差為約0° BLG 低于約30° BLG。此外，使用重氮鹽反應和氮摻雜，BLG 的電耦合和性質被可逆地調整。BLG產生的表面電位可以在 0到50mV 的寬范圍內調節。

09-21

上海馳程成功搶占石墨烯橡塑研發高地

金風送爽，丹桂飄香，秋天是一個收獲的季節，在利物盛集團和子公司上海馳程研發人員的共同努力下，殷小波帶領的研發團隊申請的發明專利——“一種用于橡膠電纜屏蔽料的導電復合母粒及其制備方法”獲得授權！ 眾所周知，中高壓特種橡膠電纜在城市輸配電、艦船、軌道交通、航空航天、風力發電、煤礦等領域的應用十分廣泛，對于安全性的要求尤其高，電場的均勻分布可防止電纜內部電場集中，避免絕緣層電樹化而導致的絕緣層擊穿，因此，相關標準規定必須使用半導電屏蔽材料，隨著電纜電壓等級的提高，對屏蔽層材料的性能特別是電性能和材料潔凈度要求越來越高；此外，橡膠電纜多使用在移動和運動場合，在應用過程中經常出現屏蔽層疲勞斷裂，嚴重影響電纜壽命和用電安全，傳統材料組分復雜，大量使用導電炭黑粉體，材料抗撕裂、加工性能、電性能和潔凈往往不能滿足應用需求，因此，市場急需找到抗撕裂性好、體積電阻率低、潔凈度可控的導電材料來解決這些問題。 石墨烯是一種二維片層材料，自2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在實驗中從石墨中成功分離出石墨烯以來，其優異的性能特別是導電、導熱性能的應用引起了全世界的研究熱潮。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，因此其具有極高的導電性能，在常溫下，石墨烯中電子遷移率超過15000 cm2/V·s，其電阻率只有約10-6?Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。 為此，我們開發出了一種用于橡膠電纜屏蔽料的含有石墨烯的導電復合母粒，在屏蔽料中能夠有效分散，又能有效提高屏蔽料抗撕裂、電性能和清潔度，同時制備流程短、易于實現批量化生產。 該復合母粒實現了將石墨烯和導電炭黑隔離的效果，避免兩者相互吸附導致的性能失效，同時少量石墨烯和不同粒徑超導電炭黑搭配產生體積堆積效應，能有效彌補單一導電炭黑在屏蔽料中形成的導電網絡缺陷。將石墨烯復合母粒應用于屏蔽料能有效降低膠料門尼粘度，提高抗撕裂性，改善加工性，同時大幅降低屏蔽料體積電阻率，解決了現有屏蔽料大量應用炭黑導致的加工性和抗撕裂性差、電性能不高同時潔凈度很難控制的的問題，且制備過程及得到的母粒無需干燥，流程短、能耗低、使用常規設備、易于批量化生產，有良好的應用前景。 成果來之不易，我們的研發團隊將再接再厲，充分利用利物盛集團的產、學、研、用平臺，在橡膠電纜研發方向取得更多成果，讓石墨烯這一神奇材料在我司的產品開發中發揚光大，使橡膠電纜行業的發展閃耀利物盛石墨烯研發團隊獨特的科技之光。

08-26

石墨烯納米袋顯著減少氫燃料電池所需鉑金

盡管氫燃料是一種很有前景的化石燃料替代品，然而其發電依賴的催化劑主要由稀有昂貴的金屬鉑組成，這限制了氫燃料的廣泛商業化。據16日發表于《自然·納米技術》雜志的論文，美國加州大學洛杉磯分校研究人員報告了一種方法，使他們能夠達到并超過美國能源部（DOE）設定的高催化劑性能、高穩定性和低鉑使用率的目標。 這項破紀錄的技術使用了鉑鈷合金的微小晶體，每個晶體都嵌在由石墨烯制成的納米袋中。與DOE催化劑標準相比，石墨烯包裹合金產生了非凡的結果：催化活性提高75倍；功率提高65%；在燃料電池預期壽命結束時，催化活性提高約20%；在模擬使用6000—7000小時后，功率損失降低了約35%，首次超過了5000小時的目標；每輛車所需的鉑金幾乎減少了40%。 如今，全球鉑及類似金屬總供應量的一半用于化石燃料驅動的汽車的催化轉換器，這種成分可以降低其排放物的有害性。每輛車需要2—8克鉑。相比之下，目前的氫燃料電池技術每輛車消耗約36克鉑。而研究團隊測試的最低鉑負荷下，每輛氫動力汽車只需要6.8克鉑。 那么，研究人員是如何從更少的鉑中獲得更多能量的呢？他們將鉑基催化劑分解成平均3納米長的顆粒。更小的顆粒意味著更大的表面積，也意味著更多發生催化活性的空間。然而，較小的顆粒往往會擠在一起形成較大的顆粒。 研究團隊通過在2D材料石墨烯中裝載他們的催化劑顆粒來解決這一限制。與煤或鉛筆芯中常見的散裝碳相比，這種薄碳層具有驚人的容量，可高效地導電和導熱，是類似厚度的鋼強度的100倍。 他們的鉑鈷合金被還原成顆粒。在集成到燃料電池之前，這些顆粒被石墨烯納米袋包圍，納米袋還充當了一種防止顆粒遷移的錨，這正是商用車所需的耐久性水平所必需的。與此同時，石墨烯允許在每個催化劑納米顆粒周圍留出約1納米的微小間隙，這意味著可能會發生關鍵的電化學反應。

08-19

Nature | 扭曲的石墨烯模型表現出復雜的電子行為

北京大學和普林斯頓大學的兩名研究人員發現，扭曲石墨烯的激發譜參數與重費米子模型的屬性直接對應。在他們發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的論文中，Zhi-Da Song 和 B. Andrei Bernevig 描述了建立一個模型來展示 Bistritzer-MacDonald 模型的各個方面，然后用它來演示扭曲雙層石墨烯的特性。Paul Scherrer ?研究所的 Aline Ramires 在 Nature 上發表了一篇新聞與觀點文章（doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02108-w），概述了Bernevig 和 Song 的工作。拓撲重費米子模型。(a) MATBG及其重費米子模擬物moiré單元的示意圖，其中局域矩和流動電子分別由AA -堆積區域和拓撲導通帶(c) 上的有效 f 軌道形成。(b) 魔角θ=1.05°時BM模型的能帶結構，其中moiré BZ和高對稱動量如圖所示。Bloch狀態和試驗wf之間的重疊部分用紅圈表示。所構造的最大局域WFs (f軌道)的密度分布顯示在下面的嵌板中。(c)拓撲重費米子模型給出的譜帶(黑線)與BM譜帶(藍叉)比較。在解耦極限中的c(藍色)和f(紅色)帶，其中γ=v '百科=0，顯示在插圖中。橙色虛線表示f - c耦合開啟時能級的演化。資料來源: Physical Review Letters (2022). ?DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.047601 石墨烯是一種平面的二維碳片，是一個值得研究的課題。四年前的一項研究工作涉及將一層石墨烯放在另一層之上，然后扭轉最上面的一層。經過反復試驗，這些研究人員發現將頂層石墨烯片層扭曲一定角度（1.05度）會導致超導體的產生。研究人員將這個扭曲角度稱為“魔角”。從那時起，其他研究人員一直在研究以魔角排列的扭曲雙層石墨烯的屬性。在這項新工作中，研究人員研究了它的激發光譜，發現它與費米子模型的參數相對應。 之前的研究表明，在正確的方向上扭曲的雙層石墨烯具有一些獨特的特性——例如，一組電子會四處移動，這就解釋了它的導電性。但另一組電子保持不變。這種材料的兩種相互矛盾的特性使科學家能夠將樣品推到絕緣體和超導體之間。 為了更好地理解為什么會發生這種情況，Song 和 Bernevig 創建了一個系統模型，然后用它來進行描述材料行為的精確計算。他們發現，與重費米子材料相比，他們能夠描述扭曲雙層石墨烯的結構。更多的工作表明，材料的參數直接對應于重費米子模型的參數。重費米子物質是那些位于元素周期表底部的物質。