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超導(dǎo)體臨界磁場是指在外加磁場下超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變成正常態(tài)所需的磁場強度。它是超導(dǎo)的基本性質(zhì)之一，也是決定超導(dǎo)體應(yīng)用的一項重要指標(biāo)。第一個被發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體——水銀，它的臨界磁場僅有幾十毫特斯拉。近年來人們發(fā)現(xiàn)，某些厚度僅有幾個原子層的薄膜可以在幾十特斯拉的磁場下保持超導(dǎo)，這大大超出了人們的預(yù)料。為了解釋這個現(xiàn)象，人們提出了伊辛配對機制，認(rèn)為這是由于這一類特殊材料的晶格不具備中心反演對稱性，參與超導(dǎo)配對的電子具有了鎖定的自旋取向所致。在此框架下，人們通過在非中心對稱的材料中尋找，又發(fā)現(xiàn)了多個具有巨大臨界磁場的超導(dǎo)體。然而，也有人認(rèn)為這完全是材料維度效應(yīng)所導(dǎo)致的，挑戰(zhàn)了伊辛配對機制。同時，伊辛超導(dǎo)理論的一個重要預(yù)言——臨界磁場的低溫發(fā)散行為也一直未被實驗驗證。最近，清華大學(xué)物理系張定副教授和薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的中德合作團隊，打破了此前理論的限制，首次在具有高對稱性的材料——錫烯薄膜中觀測到了數(shù)倍于理論預(yù)期的臨界磁場，并清晰地觀測到了溫度逼近絕對零度時臨界磁場的發(fā)散行為，給出了伊辛超導(dǎo)非常強的證據(jù)。北京時間3月13日，相關(guān)研究成果以《錫烯薄膜中的第二類伊辛配對機制》（“Type-II Ising pairing in few-layer stanene”）為題在線發(fā)表于《科學(xué)》（Science）上。圖1. 實驗測得的錫烯超導(dǎo)中奇異的上臨界磁場行為。顏色代表樣品的電阻（紫色區(qū)間為正常態(tài)，深藍(lán)色區(qū)間為超導(dǎo)）。圓圈標(biāo)出了不同溫度下的上臨界磁場。實線和虛線代表了不同的理論模型，其中紅色為本工作中提出的第二類伊辛配對機制。左下和右上的示意圖分別畫出了錫烯的原子結(jié)構(gòu)和能帶。薛其坤教授研究團隊長期從事原子級可控的高質(zhì)量薄膜的制備和物性探索，在二維超導(dǎo)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了單層鉛膜超導(dǎo)、單層鐵硒/鈦酸鍶界面高溫超導(dǎo)和雙原子層鎵膜超導(dǎo)的格里菲斯奇異性等。2018年，團隊核心成員張定副教授等人首次發(fā)現(xiàn)灰錫薄膜—錫烯—具有超導(dǎo)電性（ 《自然-物理》Nature Physics, 14，344（2018）），隨后發(fā)現(xiàn)其面內(nèi)上臨界磁場超過了常規(guī)超導(dǎo)體的上限—泡利極限。為了進(jìn)一步深刻理解錫烯的二維超導(dǎo)特性，研究團隊與德國馬普固態(tài)研究所的約瑟夫-福森（Joseph Falson)博士和尤根-斯密特（Jurgen Smet）教授合作，利用極低溫強磁場下原位旋轉(zhuǎn)測量技術(shù)，系統(tǒng)測量了不同厚度錫烯樣品在近乎整個超導(dǎo)溫度區(qū)間上臨界磁場的變化行為，發(fā)現(xiàn)上臨界磁場不僅超出泡利極限，而且在溫度逼近絕對零度時仍無飽和跡象，這是典型的伊辛超導(dǎo)行為。由于錫烯具有中心反演對稱性，這些行為不能用現(xiàn)有的伊辛超導(dǎo)理論解釋。為了理解這一令人困惑的現(xiàn)象，清華大學(xué)物理系徐勇副教授和北京師范大學(xué)劉海文研究員等開展了深入的理論研究。論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/11/science.aax3873

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，石油開采、油品運輸?shù)冗^程的泄漏造成了越來 越嚴(yán)重的環(huán)境污染，并已嚴(yán)重威脅到人類的生存。如何有效的祛除這些油類污 染物成為了全球性的研究課題。為此，我們以石墨烯為原材料，成功制備了一 種新型的石墨烯海綿。 石墨烯是一種由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列而成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料是世 上已知的最薄、最堅硬的納米材料，而且它的柔韌性也很強，對芳香性的分子 具有很強的吸附能力。利用石墨烯的這些特性，我們將石墨烯和聚合物復(fù)合到 一起，通過原位聚合的方法合成了石墨烯海綿（如下圖 1 所示）。石墨烯海綿 的合成過程簡單，條件溫和，海綿的形狀和大小可以通過改變?nèi)萜鞯男螤詈痛?小來控制，成本低，可大規(guī)模批量生產(chǎn)。所制成的海綿具有親油疏水、大孔徑、 高彈性等特點，能夠特異性的吸附水體中的油類（如：汽油、柴油、原油等） 和有機污染物（如：四氯化碳、正己烷、環(huán)己烷等），并且利用其彈性可以將 吸附的油類污染物擠出，可進(jìn)行循環(huán)利用。因此，這種新型石墨烯海綿在處理 油水混合物領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可以用于處理海洋溢油，含油廢水，生 活污水等。 

團隊研究后發(fā)現(xiàn)，樟腦與石墨烯表面吸附能較小，作為輔助轉(zhuǎn)移層時可以僅通過室溫下干燥升華、低溫短時間退火或無水乙醇試劑清洗被完全除去。這避免了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方法中去除轉(zhuǎn)移支撐層所使用的有機試劑長時間浸泡和高溫退火等操作，減少了對石墨烯薄膜的品質(zhì)損壞，并擴展了石墨烯在諸多柔性基底上的應(yīng)用。 除此之外，在使用自制的樟腦溶液旋涂至石墨烯薄膜上并刻蝕掉銅基底時，石墨烯薄膜周圍形成了一層樟腦油包圍層，對石墨烯薄膜提供了緊固保護。團隊還發(fā)現(xiàn)，由于樟腦油層在

升溫迅速、采暖舒適、高效節(jié)能環(huán)保、保健作用、強度高，重量輕、安裝方便、運行費用低、控制靈活、壽命長久、安全可靠。

研發(fā)階段/n成果簡介：聚-ε-L-賴氨酸（Poly-ε-L-Lysine，ε-PLL）是自然界中微生物發(fā)酵產(chǎn)生的陽離子型多聚氨基酸，由L型賴氨酸通過α-羧基和ε-氨基以肽鍵形式形成的高分子聚合物，是一種新型的生物合成的營養(yǎng)型天然食品防腐劑。美國、日本、韓國正式批準(zhǔn)ε-PLL作為天然食品添加劑。與化學(xué)防腐劑相比，ε-PLL具有安全性、高效性、營養(yǎng)保健性、天然化、用量少等特點。與國外一些發(fā)達(dá)國家批準(zhǔn)使用的代表性微生物食品防腐劑，如乳酸鏈球菌素(Nisin)和納他霉素(Natamycin)相比，ε-PLL

 功能與應(yīng)用聚琥珀酰亞胺，廣泛應(yīng)用于肥料增效劑；作為肥料增效劑，適用于尿素、復(fù)合肥、水溶肥、葉面肥等，能促進(jìn)各種作用對養(yǎng)分的吸收；同時能提供肥料的利用率，增加作物產(chǎn)量，改善作物產(chǎn)品品質(zhì)，促進(jìn)根系生長，增強抗逆性，還能改良土壤，綠色環(huán)保 工業(yè)上冷卻循環(huán)水、反滲透水、油田回注水、金屬切削液、鍋爐和蒸汽管路等水處理領(lǐng)域做阻垢緩蝕劑；在造紙、印染、洗滌行業(yè)可用做分散劑；日用化學(xué)品領(lǐng)域。

合成的一種定位三氟甲基取代的高效有機太陽能電池受體材料，該材料可通過H/J聚集的協(xié)同作用形成具有更多電子跳躍傳輸結(jié)點的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可極大改善電荷在分子間的傳輸，大幅提高器件性能。

能源與環(huán)境問題是目前人類面臨的兩個重大危機，也是科研工作者關(guān)注的重點領(lǐng)域。鈣鈦礦太陽能電池以其獨特的物理性質(zhì)、醒目的光電轉(zhuǎn)化效率和良好的工業(yè)應(yīng)用前景等特點，被認(rèn)為是一種擁有巨大解決能源問題潛力的光伏器件。但其電池效率衰減(穩(wěn)定性)等問題是其走向工業(yè)化應(yīng)用急待解決的課題?，F(xiàn)行鈣鈦礦電池比較普遍使用的空穴傳輸材料是一種比較昂貴的螺二芴結(jié)構(gòu)化合物(spiro-OMeTAD)，需要通過摻雜鋰鹽以提高電池的性能，但這同時加劇了鈣鈦礦電池的不穩(wěn)定性。所以一直以來研究人員希望尋找更加廉價和穩(wěn)定的空穴傳輸材料來替代傳統(tǒng)材料。 酞菁銅是一種具有優(yōu)異光電特性的廉價小分子半導(dǎo)體材料。但其有機溶解性比較差，不利于廉價液相工藝規(guī)模制備光電器件。許宗祥課題組從分子設(shè)計層面出發(fā)，開發(fā)八甲基取代的酞菁銅并制備納米材料，通過酞菁納米材料與廉價商業(yè)化的高分子材料聚噻吩復(fù)合，開發(fā)出了具備更高載流子遷移速率及環(huán)境穩(wěn)定性的空穴傳輸材料，實現(xiàn)溶液法制備出光電轉(zhuǎn)換效率為16.61%的鈣鈦礦太陽能電池，效率高于傳統(tǒng)商業(yè)化的螺二芴結(jié)構(gòu)化合物(spiro-OMeTAD)。同時器件的穩(wěn)定性大幅度提高。

項目采用石墨烯改性方法制備的石墨烯導(dǎo)電纖維，其表面電阻為表面電阻104～105歐姆，耐水洗和皂洗，具有導(dǎo)電、遠(yuǎn)紅外發(fā)射、防紫外、抗菌抑菌、自清潔和拒水等功能。