博士生领衔破解百年难题！郑泉水院士团队揭示石墨高阻根源，成果登Advanced Science

大尺度单晶石墨垂直电导测试，比传统HOPG高近两个数量级！

在自超滑技术向产业化迈进的征程中，一个看似”基础”的科学问题，正悄然成为决定器件性能上限的关键变量之一——石墨的c轴电输运能力。长期以来，石墨在垂直于层方向（c轴）的电输运性能一直存在巨大争议。即便是天然石墨，不同实验室测得的垂直电阻率竟相差高达两个数量级。这一问题不仅困扰学术界近百年，更直接制约了高性能器件的开发。

对于深圳清力而言，这个问题尤为关键。在公司正在推进的自超滑电机、自超滑射频开关及其他自超滑器件研发中，石墨不仅是结构材料，更是关键的导电自超滑副材料。它的一侧表面需保持超低摩擦、实现无磨损滑移；同时还必须承担稳定的垂直电流传输。这意味着，石墨的”垂直导电能力”将直接影响电输运效率、热管理能力，以及器件的长期稳定性。

01核心突破：揭开石墨高阻之谜

突破核心技术壁垒

清华大学郑泉水院士团队近日在《Advanced Science》发表重要研究成果，首次确立了石墨本征c轴电阻率的可靠基准值（5.7 x10⁻⁵ Ω·m），并揭示了一个关键发现：转角错位（rotation mismatch）。传统高定向热解石墨（HOPG）中普遍存在这种无序堆垛结构，正是其垂直电导率远低于理论极限的”罪魁祸首”。而通过外延生长制备的单晶石墨（ESCG）因具备高度有序的AB堆垛，展现出石墨材料真正的本征电输运能力——其c轴电导率比HOPG高出近两个数量级。

更令人振奋的是，研究团队创新性地提出了”旋转锁定（rotation locking）”策略——巧妙利用范德华界面的超滑特性，通过微机械拨动将高阻的非公度堆垛界面原位转变为低阻的AB堆垛结构，实现了界面电导的动态调控。

此外，团队还建立了像素阵列式大面积横向电阻分布成像技术。该方法能够在毫米级尺度上可视化界面缺陷分布，实现对转角错位的空间解析。这一发现不仅解决了长期困扰学术界的基础科学问题，更为新一代界面工程材料的开发打开了大门。

该工作由深圳大学机电与控制工程学院吴章辉副教授与清华大学深圳国际研究生院彭德利助理教授共同指导完成。作为青年通讯作者，他们带领团队实现了从高质量单晶材料制备、微纳电学测量到界面机理解耦的全链条创新。

论文第一作者为清华大学航天航空学院博士四年级学生陈伟鹏,他在外延单晶石墨的生长、器件加工及原位电输运表征中发挥了关键作用，是这项突破性研究的核心执行者。参与该项工作的还有博士生杨馥玮、吴铁林和王叶凌怡。

02三大战略意义赋能清力产业化

• 高性能自超滑材料

单晶石墨优异的垂直电导和热导性能，为自超滑电机、开关等器件提供了更高功率密度与更低能耗的材料基础。未来有望开发为新一代高导电、高导热石墨膜，满足5.5G、6G站、GPU散热、先进封装等场景的极限散热需求，开辟高端材料新赛道。

• 开启可重构范德华电子器件新纪元

团队开发的像素化电阻成像技术，可实现微米尺度下堆垛缺陷的无损mapping；结合”旋转锁定”操作，未来可构建角度可编程的电子开关、传感器或量子异质结，为后摩尔时代器件设计提供全新可能。

• 赋能智能材料检测与先进制造

所建立的高通量电学表征平台，可快速筛查范德华材料（如hBN、MoS₂、石墨烯）中的堆垛缺陷，适用于半导体级二维材料的质量控制与智能制造，助力国产高端电子材料供应链建设。

03清力技术：从实验室到产线

清力将持续推动此类前沿成果的产业化落地，积极布局相关技术专利，并寻求与半导体、热管理及先进制造企业的深度合作。我们坚信，通过产学研协同创新，能够加速超滑界面、低维材料与智能制造的技术突破，共同探索无限可能。

论文标题：Origins of Graphite Resistivity: Decoupling Stacking Fault and Rotational Misorientation

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202518254

合作咨询：

欢迎联系清力技术合作部（yangr@frictionx.tech）

陈伟鹏

论文一作，博士研究生，导师郑泉水院士。个人的研究兴趣在于自超滑界面之间的滑动和电学性质，有良好的科研素养，不拘泥于解决问题，敢于朝着定义问题一步步前进，偏爱有趣性质和意义深刻的课题，博士生期间的工作正在陆续产出——前期围绕石墨自超滑副的转角结构性和垂直电导展开系统性研究，相关工作先后发表至ACS AMI和Advanced Science。2022年在中国科学技术大学获得理学学士学位，2022年~至今在清华大学攻读博士学位，受邀担任过ACS AMI审稿人，曾获中科大郭沫若奖、清华大学综合一等奖。

彭德利

论文共同通讯作者，清华大学深圳国际研究生院担任助理教授、博士生导师、特别研究员。主要研究兴趣为自超滑材料的制备与调控、零摩擦磨损的科学与技术、界面力学与原子级制造。研究工作将自超滑从微米尺度突破到宏观可见尺度，实现百公里级原子级无磨损滑动，观测到近声速超滑行为等，在Physical Review Letters（3）、PNAS、National Science Review、Nature Communications、Nano Letters等期刊发表多篇论文。主持了科技部重点研发计划子课题，国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金面上项目等。

吴章辉

论文共同通讯作者，深圳大学机电与控制工程学院百人计划副教授、博士生导师。主要研究兴趣集中在自超滑界面之间的摩擦和电性能，以及无磨损的滑动电接触：实现了最高的传输临界电流密度（至少比以前高两个数量级）和最低的两个接触滑动表面的接触电阻，并在此基础上实现了首个自超滑导电滑环的原型样机的搭建。这些研究已在Physical Review Letters、PNAS、National Science Review、Nature Communications、Nano Letters等期刊上发表，并获授权专利10余项，主持博新计划、国自然青基等项目。