石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是一種“超級材料”，硬度超過鉆石，同時(shí)又像橡膠一樣可以伸展。它的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能超過任何銅線，重量幾乎為零。

石墨烯由于其高導(dǎo)電性和高表面積等優(yōu)點(diǎn)，在電化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，將石墨烯組裝成宏觀塊體的電極時(shí)，片層間接觸電阻大、團(tuán)聚嚴(yán)重，導(dǎo)致電化學(xué)性能降低。對于這些問題，學(xué)者們提出了三維化石墨烯塊體材料的概念，簡稱三維石墨烯，即以石墨烯片層為基本結(jié)構(gòu)單元、具有sp2共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯多孔塊體材料。

目前的液相組裝法、模板氣相沉積法等方法所制備的三維石墨烯，內(nèi)部聯(lián)結(jié)較弱、生產(chǎn)效率較低、雜質(zhì)較多。最近，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院王學(xué)斌教授課題組報(bào)道了一種鋅誘導(dǎo)的分層碳化法，可以在低成本下高效制備優(yōu)質(zhì)的三維石墨烯塊體材料，其產(chǎn)品稱之為鋅誘導(dǎo)三維石墨烯ZnG。

王學(xué)斌教授課題組曾開創(chuàng)性地使用葡萄糖等多種廉價(jià)有機(jī)物為碳源，發(fā)展出化學(xué)發(fā)泡法以制備三維筋撐石墨烯等先進(jìn)泡沫材料（Nat. Commun., 2013, 4, 2905; Nano Energy, 2015, 16, 81; Bull. Chem. Soc. Jpn., 2019, 92, 245）。發(fā)泡法制備泡沫體產(chǎn)率較高、成本較低、結(jié)構(gòu)完整性較強(qiáng)，但發(fā)泡過程可控性較差。

王學(xué)斌課題組近來發(fā)展了鋅誘導(dǎo)分層碳化法——即鋅輔助的固態(tài)有機(jī)物熱解法（zinc-assisted solid-state pyrolysis，ZASP）。以葡萄糖作為碳源，以鋅粉作為分層劑；在加熱葡萄糖進(jìn)行熱裂解生成焦的同時(shí)，金屬鋅蒸發(fā)滲入焦中。進(jìn)一步，在表面張力的驅(qū)動下，鋅和焦的混合物發(fā)生分層，形成三明治結(jié)構(gòu)；或者形象地說，鋅將焦切割成數(shù)個(gè)薄層。在后續(xù)加熱過程中，焦薄層轉(zhuǎn)化為石墨烯，而鋅揮發(fā)完畢。液態(tài)鋅徹底將焦轉(zhuǎn)化為石墨烯，在產(chǎn)品中沒有實(shí)心碳或大塊碳等副產(chǎn)物，消除了此前固態(tài)碳源熱解過程中通常存在的實(shí)心碳副產(chǎn)物的問題。這個(gè)過程類似高爐煉鐵中的焦炭爐襯溶損現(xiàn)象。鋅對焦的分層效應(yīng)是一種新型的金屬-碳相互作用，不同于此前的金屬和碳化合反應(yīng)、合金化等金屬-碳相互作用類型。故此鋅分層效應(yīng)不同于通常的模板過程。

此外，鋅可以催化碳化和石墨化過程；鋅還可以直接揮發(fā)并沉積在尾氣系統(tǒng)中，無需任何處理直接循環(huán)使用，不但避免了其它方法中麻煩的濕處理，而且真正實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，大大降低了成本。鋅法三維石墨烯產(chǎn)品ZnG具有高比表面積、優(yōu)異熱穩(wěn)定性、在空氣中和在電解液中出色的電導(dǎo)率。該工作還演示了ZnG用作雙電層型超級電容器的電極，實(shí)現(xiàn)了卓越的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命。此工作以“Zinc-Tiered Synthesis of 3D Graphene for Monolithic Electrodes”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上 [Adv. Mater. 2019, 31(25), 1901186]。

該工作首先研究了鋅誘導(dǎo)分層碳化法ZASP。在典型生產(chǎn)過程中，將葡萄糖和鋅粉混合、壓制成所需形狀、在惰性氣氛下加熱至1200℃，即可直接得到石墨化程度較好的三維石墨烯塊體ZnG。ZASP過程具有較高產(chǎn)率，ZnG產(chǎn)品能夠保持初始的設(shè)計(jì)外觀。ZnG是一種三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)泡孔都與五六個(gè)泡孔相鄰，整體趨向于緊密有序排列。ZnG泡孔的孔壁為sp2單/寡原子層，平均厚度2.2 nm。在ZnG中沒有此前固態(tài)碳源熱解方法的實(shí)心筋、實(shí)心顆粒等雜質(zhì)形貌。相比三維化還原氧化石墨烯3DRGO來說，ZnG具有更高的化學(xué)純度、比表面積、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性。

該工作進(jìn)一步展示了ZnG組裝的對稱型超級電容器器件。電化學(xué)測試表明，ZnG基超級電容器具有卓越的比電容（在0.5 A/g時(shí)，達(dá)到336 F/g）、最大功率密度（625 kW/kg）、能量密度（11.7 Wh/kg）、循環(huán)穩(wěn)定性（在電位窗口為1.4V時(shí)，循環(huán)267000圈；在額定電壓下，可循環(huán)超過1百萬圈）、全壽命周期儲能密度（15 MWh/kg），遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)儲能器件。

鋅分層效應(yīng)出人意料地創(chuàng)造了全薄膜結(jié)構(gòu)的三維石墨烯，使ZASP方法從眾多制備方法中脫穎而出。產(chǎn)品ZnG具有高化學(xué)純度、形態(tài)純度、表面積、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性。同時(shí)，鋅也是一種碳化和石墨化反應(yīng)催化劑，是一種可在現(xiàn)場回收利用的試劑。ZASP具有良好可靠性和可控性，使用固體碳源，可以進(jìn)行大量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程無需濕處理，工藝流程與現(xiàn)有的粉末冶金、熔模鑄造等工藝設(shè)施相兼容，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)開辟了道路。

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院王學(xué)斌教授為論文通訊作者，該研究得到了國家海外高層次青年人才、國家自然科學(xué)基金、江蘇省雙創(chuàng)人才、江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

圖1. 三維石墨烯ZnG的合成方法、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和拉曼光譜分析。a-c) 合成過程及光學(xué)照片；d-g) SEM、STEM、TEM圖片；h)單個(gè)泡孔孔壁——石墨烯膜的HRTEM圖；i) 拉曼光譜。

圖2. 鋅對焦的分層效應(yīng)。a) TG曲線；b) 700℃中間產(chǎn)物的SEM及EDS mapping圖；c) 700℃中間產(chǎn)物的TEM圖；d) c圖樣品原位生成碳膜（在鋅背景上），即分層過程；e) EELS mapping；f-i) 分層效應(yīng)示意圖；j-m) 其它類型的金屬-碳相互作用，在使用固態(tài)碳源時(shí)這些過程不能避免實(shí)心碳或大塊碳的生成。

圖3. ZnG基超級電容器的性能。a) CV曲線；b) 比電容-掃速關(guān)系；c) 在1.4V下的循環(huán)穩(wěn)定性；d) 恒電位充電-恒電流放電的端電壓變化；e) 電壓降與放電電流之比；f) 對e圖進(jìn)行理論擬合得到的直流內(nèi)阻及其成分；g) Ragone圖；h) 最大功率密度-能量密度的trade-off圖；i) 多種器件的全壽命周期儲能比較。

加拿大多倫多大學(xué)Tobin Filleter課題組--石墨烯疲勞

材料在遠(yuǎn)低于極限抗拉強(qiáng)度的循環(huán)載荷作用下會產(chǎn)生機(jī)械疲勞，因此了解這種行為對評估長期動力可靠性至關(guān)重要。二維材料的疲勞壽命和損傷機(jī)理目前尚不清楚，這是機(jī)械和電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在此，我們對獨(dú)立式2D材料，特別是石墨烯和氧化石墨烯(GO)進(jìn)行了疲勞研究。使用原子力顯微鏡，單層和多層石墨烯的平均應(yīng)力為71 GPa，應(yīng)力范圍為5.6 GPa，其疲勞壽命超過109個(gè)循環(huán)，比迄今為止報(bào)道的任何材料都要高。

單層石墨烯的疲勞失效是全球性的、災(zāi)難性的，沒有漸進(jìn)損傷，而分子動力學(xué)模擬表明，這是在缺陷位點(diǎn)附近的應(yīng)力介導(dǎo)的鍵合重新配置之前發(fā)生的。相反，GO中的官能團(tuán)具有局部漸進(jìn)的疲勞損傷機(jī)制。本研究不僅為石墨烯納米復(fù)合材料的疲勞增強(qiáng)行為提供了基礎(chǔ)研究，也為其他二維材料的動態(tài)可靠性評估提供了一個(gè)起點(diǎn)。

Fig. 1 2D材料的疲勞測試。

Fig. 2石墨烯的疲勞性。

Fig. 3 GO的疲勞。

Fig. 4 疲勞斷裂形態(tài)。

Fig. 5 石墨烯和GO的MD疲勞模擬。

石墨烯防霧護(hù)目鏡

從位于西太湖的江南石墨烯研究院獲悉，為解決抗疫一線醫(yī)護(hù)人員佩戴護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣問題，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠基人、江南石墨烯研究院名譽(yù)院長馮冠平，正在組織清華大學(xué)長庚醫(yī)院、江蘇省石墨烯創(chuàng)新中心、烯旺科技等多家單位科研團(tuán)隊(duì)，全力攻關(guān)研制石墨烯防霧光療護(hù)目鏡。

該項(xiàng)目已完成樣機(jī)制作。石墨烯防霧光療護(hù)目鏡，充分利用了功能化石墨烯超親水特性、電熱特性，能幫助醫(yī)用級護(hù)目鏡高效防霧增透，緩解眼部疲勞，消除眼部浮腫，提升醫(yī)護(hù)人員工作效率。

據(jù)悉，2003年非典期間，時(shí)任深圳清華大學(xué)研究院院長的馮冠平，帶領(lǐng)攻關(guān)小組連續(xù)奮戰(zhàn)一周，完成了國內(nèi)首臺紅外快速體溫檢測儀研發(fā)制造，用于深圳到香港口岸通關(guān)，取得明顯效果。當(dāng)年4月到6月，研究院共生產(chǎn)各類紅外測溫儀2.08萬臺，檢測旅客3000多萬人次，測出體溫不正常者近萬人。

“在當(dāng)前抗擊新冠肺炎疫情中，紅外體溫檢測儀仍被廣泛使用，我感到很自豪?！瘪T冠平教授表示，研發(fā)的石墨烯護(hù)目鏡將盡快投放給相關(guān)醫(yī)院使用，為打贏疫情防控阻擊戰(zhàn)貢獻(xiàn)力量。

石墨烯醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品

位于蕭山義橋的這家生產(chǎn)石墨烯醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品的好德利智能科技有限公司，硬核助力抗“疫”！好德利智能科技有限公司董事長馬仁德先生，充分發(fā)揮港澳委員的優(yōu)勢和作用，全力保障企業(yè)生產(chǎn)口罩、防護(hù)服等抗疫重點(diǎn)物資，積極捐款捐物助力疫情防控。

好德利公司目前加班加點(diǎn)生產(chǎn)石墨烯防護(hù)用品，并捐贈給省、市醫(yī)療機(jī)構(gòu)和有關(guān)單位?，F(xiàn)已累計(jì)向市衛(wèi)健委、浙大一院、浙大二院、邵逸夫醫(yī)院、浙大四院等多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)和單位捐贈石墨烯口罩2萬只和石墨烯智能沖鋒衣553件，總價(jià)值200余萬元。

公司主要生產(chǎn)石墨烯防護(hù)服等醫(yī)用產(chǎn)品，石墨烯防護(hù)服優(yōu)點(diǎn)是重量輕、隔離效果好，比同類產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)高出幾倍，計(jì)劃年產(chǎn)量達(dá)800萬件。石墨烯口罩理論上可佩戴24小時(shí)，隔離等級可達(dá)99% ，計(jì)劃年產(chǎn)量達(dá)一億只。用石墨烯制作的護(hù)目鏡具有不起霧、重量輕、佩戴舒適等優(yōu)點(diǎn)，超越醫(yī)學(xué)隔離的各項(xiàng)指標(biāo)，現(xiàn)在被美國、伊朗等國家訂貨。

雅迪最新研發(fā)石墨烯電池

雅迪G5石墨烯版依舊沿襲了雅迪G5方正外觀，高端大氣，表面采用的是瑞典貝格進(jìn)口油漆，PU800烤漆工藝+9道噴磨工藝，1000W的高性能動力電機(jī)，搭配雅迪最新研發(fā)的石墨烯電池，動力強(qiáng)勁，爬坡一氣呵成；12寸真空輪胎，防濕防滑，抓地性強(qiáng)；前后對置缸碟剎，220mm碟剎盤再加上對置缸活塞制動卡鉗，雙向制動剎車更靈敏。零下6℃的極限續(xù)航測試，雅迪G5石墨烯版輕便電摩依舊跑出了54.74km的成績。