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項目簡介： 石墨烯具有優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，但國內市場化的石墨烯以多層為主，性能優異的單層石墨烯價格昂貴。本項目開發了一種綠色、低成本、可大規模制備的高性能單層石墨烯技術，工業前景廣闊。社會經濟效益：低成本、高性能、無污染、應用廣、可實現大規模生產。創新點：綠色環保、成本低、性能優異、適宜規模化生產。

本發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領域。本發明中，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 高電感品質因數；絕緣介質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電感，大幅增加片上電感電

“石墨烯微結構的精準調控及其應用”首次實現石墨烯單晶量子點和單層石墨烯微結構的精準控制。 一、項目分類 重大科學前沿創新 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，關鍵是石墨烯結構調控不到位。一個基本的共識是，對石墨烯材料的結構進行設計和調控，有助于在光電器件、能源轉化存儲、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“石墨烯微結構的精準調控及其應用”取得了開創性的研究成果，首次實現石墨烯單晶量子點和單層石墨烯微結構的精準控制，在Nature及其子刊上發表十余篇系列論文，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新團隊發展計劃等支持。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化，在生物醫學、環境治理等領域取得了相關應用突破。 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）為解決傳統方法制備的石墨烯缺陷多，無法量產的問題，團隊在分子水平上首次使用分子融合法實現了高品質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調控實現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，發現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律，為高質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）精確調節石墨烯層間距，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、地表水水質提升上的應用 地表水內源污染治理的關鍵是削減河道污染負荷，重建水生生態。團隊以層間距可控石墨烯為基質，發展了水環境污染生態修復的疊層材料。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政府建立多個石墨烯治理黑臭水體示范基地，顯著提升當地水質環境水平。 三、石墨烯負極材料的鈉離子電池儲能系統應用 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。經過中試線生產預制，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線及相關配套設施，研發生產低成本、高安全、長壽命鈉離子電池關鍵材料，實現高性能鈉離子電池產品產業化，預計至2026年項目達產后，年產值達約22.5億元；年畝均產值1666萬元。 四、石墨烯傳感材料在呼吸式血糖儀中的應用 我國糖尿病人數眾多，并逐年上升。血糖檢測儀與檢測試紙市場規模約為460億元，然而國外品牌卻占市場份額大半。現有血糖儀采取長期有創刺血檢測，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，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控，實現皮秒級載流子空穴的形成，從而實現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鍵科學問題。研發的呼吸式血糖儀可滿足確診病友的日常檢查、實現醫院、公共場所快速篩查、手機APP記錄管理以及網上專家互動診斷等功能，具有無創傷、無痛苦、便捷即時（15s）等特點，是首款呼吸式血糖檢測產品。目前已二類醫療器械證書，即將已進入臨床階段。

對于HEMT功率器件來說，p-GaN柵極HEMT器件結構是目前被認為最有希望作為商業化應用的方案。不過，仍然有一些問題亟待解決，如增加閾值電壓、降低柵極漏電流、提高柵極擊穿電壓等。于洪宇課題組2017級南科大-英屬哥倫比亞大學聯培博士生周廣楠介紹，閘極漏電與閘極工作電壓對應用于電源開關的氮化鎵HEMT器件尤為重要，能夠影響電源系統功率損耗與輸出功率。解決此項問題對于p-GaN柵極HEMT器件的商業化應用有重要的意義。

基于石墨烯的 MEMS 壓力傳感器，屬于微機電系統（MEMS）的壓力檢測器件，解決現有 MEMS 壓力傳感器尺寸較大，靈敏度有限的問題。本實用新型包括基底、絕緣層，所述基底表面氧化形成絕緣層，絕緣層內刻蝕出空腔，絕緣層上表面覆蓋石墨烯薄膜，將所述空腔封閉，石墨烯薄膜為 1~5 層；所述石墨烯薄膜邊緣沉積兩個金屬電極，兩個金屬電極上分別焊接有導線。本實用新型采用石墨烯薄膜構成 MEMS 壓阻式壓力傳感器，制備方法簡單，可靠性好，壓力傳感器體積更小，從微米尺度變為納米尺度，靈敏度更高，在 1~5 層內增

本實用新型公開了一種石墨烯微型流量傳感器，屬于 MEMS 器件，用于氣流流量測量，解決現有流量傳感器功耗大、襯底存在熱傳導、響應時間長的問題。本實用新型之石墨烯微型流量傳感器，襯底上具有凹槽，凹槽上架有隔熱層，隔熱層上濺射有加熱體，加熱體的兩端濺射有電極。本實用新型的另一種微型流量傳感器，襯底上具有凹槽，凹槽上架有隔熱層，隔熱層上覆蓋有絕緣層，絕緣層上濺射有加熱體，加熱體的兩端濺射有金屬電極。本實用新型體積小、重量輕而且性能穩定，能有效降低襯底傳熱導致的測量誤差，通過測量通入氣體前后加熱體的電阻差值

構建三維多孔結構 CAD 模型，并通過增材制造技術制得相應形 狀的三維多孔金屬結構；在惰性氣體的保護氛圍下，將所制得的三維 多孔金屬結構升溫至 900℃～1500℃，然后冷卻至室溫；然后進行噴 砂和超聲清洗處理以獲得金屬模板；通過化學氣相沉積法在金屬模板 上生長石墨烯薄膜；配置腐蝕液并在 60℃～90℃的溫度下回流溶解金 屬模板，經洗滌和干燥處理后即得到三維石墨烯多孔材料產品。通過 本發明，能夠有效克服現有技術中所存

本發明公開了一種利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，采用硝酸鹽、醋酸鹽或者銀單質和氧化石墨烯作為原料，首先將原料進行均勻包覆、冷凍、干燥處理，通過控制原料的成份、濃度和冷凍與干燥的時長，制得各種成分、各種均勻性的復合物；通過對該復合物進行微波燃燒處理、控制微波處理時長得到不同孔徑分布的多孔石墨烯；本發明提供的這種方法在 6～45s 反應時間內獲得多孔石墨烯，主孔徑在 5nm～200nm 范圍內，快速簡單的實現對復

本發明公開了一種石墨烯支撐的微米金核殼結構及其制備方法；制備方法包括下述步驟：(1)獲得聚苯乙烯微球乳液，并在聚苯乙烯微球乳液中加入改性溶液后進行攪拌，獲得表面改性的聚苯乙烯微球乳液；(2)獲得微球金種子的凝膠溶液；(3)獲得表面有金殼層的聚苯乙烯微球的凝膠溶液；(4)將所述表面有金殼層的聚苯乙烯微球的凝膠溶液進行烘干后獲得粉末狀的樣品；通過將樣品在四氫呋喃溶液中浸泡使其在金殼層內壁生長出石墨烯多層并除去聚苯乙烯微球，再進行烘干后獲得石墨烯支撐的微米金核殼結構。本發明中改進的單分散法制備的聚苯乙烯微

本發明公開了一種同時制備石墨烯和多孔非晶碳薄膜的方法，包括 S1 對金屬鎳片襯底進行超聲清洗，并烘干后放置于管式爐中；S2向管式爐中通入惰性氣體；S3 對管式爐進行升溫處理使其達到750℃～1000℃并保持 10 分鐘～50 分鐘，向管式爐中通入氫氣，并對金屬鎳片襯底進行熱處理；S4 向管式爐中通入流量為 20sccm～100sccm 的碳氫化合物，使得經過熱處理后的金屬鎳片襯底催化碳氫化合物裂解以及鎳片溶碳后同時生長石墨烯和非晶碳薄膜；S5 對管式爐進行降溫處理，并將生長有石墨烯和非晶碳薄膜的鎳片