三维石墨烯体相材料的制备及其性能研究

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨

烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑

战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立

且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具

有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦

特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石

墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国

内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价

值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换

与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。

项目特色：

1.制备了基于二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成

三维石墨烯体相材料，该材料不仅保留了二维石墨烯材料的本征性质，

而且具备优良的机械及光电性能。

2. 在国内外首次观察到厘米级尺寸的裸眼可见的宏观石墨烯样

品，只依靠瓦特级别的光作为单一驱动源，即可实现较大距离(数十厘

米)的有效的运动，并提出了光致电子发射驱动的机理解释上述三维

石墨烯体相材料独特的光驱动，

3. 上述材料的制备与性能研究揭示通过有效合理的结构构筑手

段，能够得到以二维石墨烯作为构成单元，并有效保留其独特二维性

质和兼具三维宏观形态的石墨烯体相材料，此项研究为其它二维材料

的开展类似工作并拓展其应用提供了范例和思路。已取得的成果：

项目的标志性研究结果于 2015 年 6 月在线发表于 Nature

Photonics，并于 2015 年 7 月正式发表（Nature Photonics, 2015, 9, 471-

476）。杂志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene”

发表了专题评论。英国著名科普杂志 New Scientist 以“Spacecraft built

from graphene could run on nothing but sunlight”为题报道了此研究，

指出该成果“再为石墨烯这种优良材料增添了一种惊人的性能”。国

内主要媒体包括人民日报、光明日报、新华网以及多家门户网站等均

对此研究进行了报道，中央电视台《新闻联播》栏目于 2015 年 6 月

21 日也对此进行了报道。

市场应用前景：

空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊

着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱

动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力，光直接驱动飞行是科

学界和航空界多年的梦想。