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石墨烯包覆鈦酸鋰材料及高性能超級電池
一、項目分類
顯著效益成果轉化
二、成果簡介
本項目開創性地將石墨烯用于包覆鈦酸鋰，通過獨特的加工工藝制得業內領先的石墨烯包覆鈦酸鋰材料，有效地解決了鈦酸鋰負極材料的產氣問題，并以此為基礎制得了高性能的鈦酸鋰超級電池。該電池單體可8C持續放電，20C脈沖放電，充放電循環大于30000次，10分鐘可充電90%以上，低溫性能優異（可在-40度環境下放電）。
石墨烯具有高導電性和優良的電化學穩定性，通過石墨烯的均勻包覆改善了鈦酸鋰的電子電導性，進而提升了電池的大倍率充放電能力和高低溫性能。同時，石墨烯包覆降低了材料充放電過程中的極化，提高了材料的容量發揮，通過鈍化鈦酸鋰材料表面的活性位點，解決了其產氣問題。利用該負極材料做成鈦酸鋰超級電池，具有優異的倍率充放電性能、長壽命、高安全性能和優異的低溫充放電性能。
本項目首先開發了石墨烯包覆的鈦酸鋰材料，采用高溫固相法合成，X射線衍射圖譜證明其為標準的鈦酸鋰尖晶石結構，微觀上由100-200nm的一次顆粒組成的微米和亞微米級二次球形顆粒，D50為15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。
獲得了基于石墨烯包覆鈦酸鋰負極材料的鈦酸鋰超級電池，通過串并聯成組后可以用于低溫啟動電源，軌道交通，儲能等領域，在長壽命、高安全、快充和低溫充放電領域具有廣闊的應用前景。
南開大學
2022-07-29
高新能聚合物／石墨烯復合材料系列產品
項目簡介： 石墨烯屬于碳納米材料家族中的一員，具 有高硬度、高
西華大學
2021-04-14
可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統
世界上有數以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復方法，其通常需要安裝在口內喉部，由肺部發出的氣流經過舌、唇的調制，引起人工喉膜片振動，使其發出語音信號。然而，現有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優異的新型人工喉的器件及系統研究。 本成果團隊研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發系統集成、動作監測系統、輕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貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發聲系統方面有了雙重突破，實現了石墨烯的器件級應用至系統級應用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統和發聲系統連接起來，實現了聲音輸入到輸出的閉環，并可以通過示波器實時觀測喉部運動情況。接著，通過與單片機的結合，該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音，實現了動作發聲系統。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實現了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進行體積更小及功能更多的集成，有望實現像“創可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。
清華大學
2021-02-01
借助石墨烯實現Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長
北京大學物理學院寬禁帶半導體研究中心沈波和楊學林課題組與俞大鵬、劉開輝課題組合作，成功實現了Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長，相關工作于2019年7月23日在Advanced Functional Materials上在線刊登 [doi.org/10.1002/adfm.201905056]。 GaN基寬禁帶半導體具有帶隙大、擊穿電場高、飽和電子漂移速度大等優異，能夠滿足現代電子技術對高溫、高頻、高功率等性能的要求，對國家的高技術發展和國防建設具有重要意義。由于缺乏天然的GaN單晶襯底，GaN基半導體材料和器件主要在異質襯底上外延生長。因具有大尺寸、低成本及易于集成等優點，Si襯底上外延GaN成為近年來學術界和產業界高度關注的熱點領域。 目前用于GaN外延生長的Si襯底主要是Si(111)襯底，其表面原子結構為三重排列，可為六方結構的GaN外延提供六重對稱表面。然而，Si(100)襯底是Si集成電路技術的主流襯底，獲得Si(100)襯底上GaN外延薄膜對于實現GaN器件和Si器件的集成至關重要。但Si(100)表面原子為四重對稱，外延生長時無法有效匹配；同時Si(100)表面存在二聚重構體，導致GaN面內同時存在兩種不同取向的晶疇。迄今國際上還未能實現標準Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長。圖 Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長 沈波和楊學林課題組創造性地使用單晶石墨烯作為緩沖層，在Si(100)襯底上實現了單晶GaN薄膜的外延生長，并系統研究了石墨烯上GaN外延的成核機理和外延機制。該突破不僅為GaN器件與Si器件的集成奠定了科學基礎，而且對當前國際上關注的非晶襯底上氮化物半導體外延生長和GaN基柔性器件研制具有重要的指導價值。
北京大學
2021-04-11
合肥研究院高結晶石墨烯宏觀體研究獲進展
近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員王振洋團隊在高結晶石墨烯宏觀體的共價生長及其電學行為調制方面取得系列進展。
合肥物質科學研究院
2023-07-10
“石墨烯體系中的陽離子-π相互作用”的研究成果
近日，清華大學材料學院朱宏偉教授團隊在《先進材料》（Advanced Materials）上在線發表了題為“石墨烯體系中的陽離子-π相互作用”（Cation-π Interactions in Graphene Containing Systems for Water Treatment and Beyond）的長篇綜述論文，系統總結了石墨烯體系中的陽離子-π相互作用在水處理（膜分離、吸附）、新材料合成、納米發電、能量存儲及溶液/復合材料分散等應用中所發揮的關鍵作用，分析了陽離子-π相互作用的影響機理，綜述了現階段相關理論工作進展，討論了石墨烯體系中的陽離子-π相互作用研究中存在的問題，展望了未來潛在的研究方向。陽離子-π相互作用是一種非共價相互作用，在自然界，尤其是生命體中普遍存在，在諸多生命反應進程中必不可少。近年來，陽離子-π相互作用在生物學、化學、物理學中的重要性被廣泛關注。石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，可被視為一種獨特的芳香族大分子。陽離子和石墨烯中離域π電子之間的相互作用會引起陽離子在石墨烯表面的富集、溶液中離子及石墨烯結構中電子的重新分布，進而影響石墨烯材料的本征性質及基于石墨烯的器件的性能。深入理解石墨烯體系中的陽離子-π相互作用，對于石墨烯特性的調控、器件的優化設計具有重要意義。石墨烯體系中的陽離子-π相互作用及其應用近年來，朱宏偉教授團隊在石墨烯等新型二維材料的可控制備、結構設計及其在能源（太陽能電池、光電探測、光電催化）、環境（水處理、空氣凈化、土壤治理）、柔性傳感器件等領域開展了大量研究工作，取得了一系列重要進展。該綜述論文以石墨烯體系中的陽離子-π相互作用為切入點，對相關研究報道進行了梳理和討論，并對其發展趨勢和前景進行了展望。本文通訊作者為朱宏偉教授，第一作者為清華大學材料學院2016級博士生趙國珂。本研究得到國家自然科學基金委基礎科學中心項目和面上項目資助。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905756
清華大學
2021-04-11
一種基于石墨烯卷的緩蝕劑微膠囊及其制備方法
本發明公開了一種基于石墨烯卷的緩蝕劑微膠囊，所述微膠囊的囊壁材料為石墨烯，所述微膠囊的芯材為有機緩蝕劑。本發明還公開了上述微膠囊的制備方法，將有機緩蝕劑的水溶液與氧化石墨烯共混后，于80～200℃水熱處理8?24h，水熱條件下石墨烯成卷的同時將緩蝕劑包覆于微膠囊中，芯材包覆質量高，緩蝕劑緩釋特性好；本方法包覆過程簡單，操作方便，不需要額外添加助劑，制備成本低廉。
青島農業大學
2021-04-13
基于石墨烯、氮化硼等二維材料的防腐應用
已有樣品/n石墨烯由于其獨特的二維納米結構，且具有高強度、高熱穩定性、高化學穩定性以及優良的導熱性等特性，在防腐涂料領域具有廣闊的應用前景。石墨烯、氮化硼等二維材料由于其特殊的結構使其具有不透過性，作為金屬基底與腐蝕環境的阻隔層而保護基底不被自然環境所腐蝕。通過化學氣相沉積法及塊體剝離法可分別制備直接生長于金屬表面的大面積石墨烯、氮化硼薄膜，或粉狀的石墨烯、氮化硼納米片。通過化學氣相沉淀法，二維材料可以在任意形狀的金屬基底的所有暴露面上生長，實現對金屬表面的全面保護。市場預期：該技術可應用于精細元器
中國科學院大學
2021-01-12
可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統
項目成果/簡介:世界上有數以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復方法，其通常需要安裝在口內喉部，由肺部發出的氣流經過舌、唇的調制，引起人工喉膜片振動，使其發出語音信號。然而，現有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助
清華大學
2021-01-12
離子注入技術輔助制備高質量石墨烯玻璃及其應用
本項目設計開發了一種石墨烯玻璃制備方法，通過利用離子注入技術，將過渡金屬粒子注入到玻璃表面，然后在石墨烯生長過程中注入的金屬粒子有效提升玻璃表面對于碳源的裂解能力，并且促進石墨烯晶疇的成核和生長。這種方法成功在二氧化硅、藍寶石、石英玻璃等絕緣襯底上制備出高質量單層石墨烯。
北京大學
2023-02-27