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本發(fā)明公開了一種石墨烯/Cu/Ni 復合電極及其制備方法。復合 電極包括 Cu/Ni 合金層和覆蓋在 Cu/Ni 合金層上的石墨烯薄膜；其中， Cu/Ni 合金層由 Ni 膜和覆蓋在 Ni 膜上 Cu 膜發(fā)生 Ni 原子與 Cu 原子的 相互擴散形成，Ni 膜與 Cu 膜的厚度比為 1:(3～10)。本發(fā)明避免了石 墨烯轉(zhuǎn)移過程和圖形化過程對石墨烯質(zhì)量的破壞，減少了石墨烯缺陷 的數(shù)目，通過調(diào)整 Ni 膜與 Cu 膜的厚度，采用分段

本發(fā)明公開了一種石墨烯/Cu/Ni 復合電極及其制備方法。復合 電極包括 Cu/Ni 合金層和覆蓋在 Cu/Ni 合金層上的石墨烯薄膜；其中， Cu/Ni 合金層由 Ni 膜和覆蓋在 Ni 膜上 Cu 膜發(fā)生 Ni 原子與 Cu 原子的 相互擴散形成，Ni 膜與 Cu 膜的厚度比為 1:(3～10)。本發(fā)明避免了石 墨烯轉(zhuǎn)移過程和圖形化過程對石墨烯質(zhì)量的破壞，減少了石墨烯缺陷 的數(shù)目，通過調(diào)整 Ni 膜與 Cu 膜的厚度，采用分段

石墨烯增強金屬基復合材料制備及性能研究

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質(zhì)的石墨烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術(shù)價值和實用意義的重大挑戰(zhàn)。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構(gòu)筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動，此現(xiàn)象為國內(nèi)外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換與存儲等領(lǐng)域的應用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。

具有較大可逆形變功能的彈性材料在各種工程應用中具有廣泛需求。然而，當溫度顯著降低時，材料延展性或彈性通常會受到損害。到目前為止，還沒有材料能夠?qū)崿F(xiàn)在外太空等深低溫下具有高彈性。近日，南開大學陳永勝團隊報道了一種三維交聯(lián)的石墨烯材料，在4K的深低溫到1273K的高溫溫度區(qū)間材料超彈性行為幾乎不變。在4K超低溫條件下，具有與室溫相同的力學性能：幾乎完全可逆的超彈性行為（高達90％的應變），楊氏模量不變，泊松比接近零，循環(huán)穩(wěn)定性好。原位實驗和模擬結(jié)果表明，這種超彈性得益于獨特結(jié)構(gòu)的協(xié)同結(jié)果：單個石墨烯片層的本征彈性和片層之間的共價連接。

本技術(shù)采用先進的氧化石墨烯分散技術(shù)，實現(xiàn)了氧化石墨烯在超高性能混凝土的可控分散，進而制備出超高韌性、超高耐久的水泥基材料。本技術(shù)通過從納微觀尺度上對水泥基材料水化產(chǎn)物的改性，克服了傳統(tǒng)水泥基材料本質(zhì)上脆性行為的弊端，產(chǎn)品能夠在嚴苛的服役環(huán)境中長期（大于 100 年）保持優(yōu)異的服役狀態(tài)。同時，相比于現(xiàn)有的納米混凝土改性技術(shù)，本技術(shù)使用的納米外加劑-氧化石墨烯制備工藝簡單，價格優(yōu)勢明顯，改善效果更為顯著，使該產(chǎn)品具有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢。 

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質(zhì)的石墨 烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術(shù)價值和實用意義的重大挑 戰(zhàn)。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立 且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構(gòu)筑而成。該材料具 有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦 特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石 墨烯材料樣品可以在真空條件下實現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動，此現(xiàn)象為國 內(nèi)外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價 值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換 與存儲等領(lǐng)域的應用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。 項目特色： 1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構(gòu)筑而成 三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質(zhì)， 而且具備優(yōu)良的機械及光電性能。 2. 在國內(nèi)外首次觀察到厘米級尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣 品，只依靠瓦特級別的光作為單一驅(qū)動源，即可實現(xiàn)較大距離(數(shù)十厘 米)的有效的運動，并提出了光致電子發(fā)射驅(qū)動的機理解釋上述三維 石墨烯體相材料獨特的光驅(qū)動， 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑手 段，能夠得到以二維石墨烯作為構(gòu)成單元，并有效保留其獨特二維性 質(zhì)和兼具三維宏觀形態(tài)的石墨烯體相材料，此項研究為其它二維材料 的開展類似工作并拓展其應用提供了范例和思路。已取得的成果： 項目的標志性研究結(jié)果于 2015 年 6 月在線發(fā)表于 Nature Photonics，并于 2015 年 7 月正式發(fā)表（Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 發(fā)表了專題評論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”為題報道了此研究， 指出該成果“再為石墨烯這種優(yōu)良材料增添了一種驚人的性能”。國 內(nèi)主要媒體包括人民日報、光明日報、新華網(wǎng)以及多家門戶網(wǎng)站等均 對此研究進行了報道，中央電視臺《新聞聯(lián)播》欄目于 2015 年 6 月 21 日也對此進行了報道。 市場應用前景： 空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力源問題一直羈絆 著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學驅(qū) 動，即通過噴射燃燒的化學物質(zhì)來獲得驅(qū)動力，光直接驅(qū)動飛行是科 學界和航空界多年的夢想。

Ag 納米顆粒具有優(yōu)異的抗菌及殺菌性能，且具有廣譜性及無抗藥性。石墨烯是近年來最熱門的材料之一，可以作為載體制備納米復合材料，廣泛應用在光電，電池，生物，醫(yī)學等眾多領(lǐng)域。對比目前 Ag 抗菌材料的載體如沸石，二氧化硅等來說，石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)，其高的比表面積，穩(wěn)定的物理及化學性質(zhì)，可以優(yōu)化 Ag 基納米顆粒的生長，控制其形貌尺寸，從而獲得性能優(yōu)異的復合材料。 其獨特的二維結(jié)構(gòu)以及界面性能使其可以組裝成不同應用環(huán)境的器件，因此具有廣泛的適用范圍和廣闊的應用前景。重要的是，石墨烯還具有良好的生物相

Ag納米顆粒具有優(yōu)異的抗菌及殺菌性能，且具有廣譜性及無抗藥性。石墨烯是近年來最熱門的材料之一，可以作為載體制備納米復合材料，廣泛應用在光電，電池，生物，醫(yī)學等眾多領(lǐng)域。對比目前Ag抗菌材料的載體如沸石，二氧化硅等來說，石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)，其高的比表面積，穩(wěn)定的物理及化學性質(zhì)，可以優(yōu)化Ag基納米顆粒的生長，控制其形貌尺寸，從而獲得性能優(yōu)異的復合材料。其獨特的二維結(jié)構(gòu)以及界面性能使其可以組裝成不同應用環(huán)境的器件，因此具有廣泛的適用范圍和廣闊的應用前景。重要的是，石墨烯還具有良好的生物相容性，是抗

一、項目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡介 本項目開創(chuàng)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(yè)內(nèi)領(lǐng)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(chǎn)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(xù)放電，20C脈沖放電，充放電循環(huán)大于30000次，10分鐘可充電90%以上，低溫性能優(yōu)異（可在-40度環(huán)境下放電）。 石墨烯具有高導電性和優(yōu)良的電化學穩(wěn)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(fā)揮，通過鈍化鈦酸鋰材料表面的活性位點，解決了其產(chǎn)氣問題。利用該負極材料做成鈦酸鋰超級電池，具有優(yōu)異的倍率充放電性能、長壽命、高安全性能和優(yōu)異的低溫充放電性能。 本項目首先開發(fā)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(jié)構(gòu)，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(lián)成組后可以用于低溫啟動電源，軌道交通，儲能等領(lǐng)域，在長壽命、高安全、快充和低溫充放電領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。