科研进展

大多数传统石墨烯墨水只能采用极稀释配方，浓度常低于每毫升几毫克——远低于高效高产制造所需的浓度。为解决此问题，许多墨水依赖聚合物粘合剂或表面活性剂来维持石墨烯的稳定性和可印刷性。但这些添加剂存在代价：它们会稀释活性材料，并可能降低最终器件的电学和热学性能。

本研究对石墨烯常用原子间势能的断裂响应进行了比较分析。结果表明，不同势能选择会导致断裂强度与裂纹扩展机制出现显著差异，凸显原子尺度断裂模拟中精确选择势能的必要性。本研究揭示了现有势能的局限性，为开发更精确、更具普适性的石墨烯断裂建模势能提供了指导方向。

这一发现不仅深化了团队对BLG在量子霍尔效应中的应用认识，也为未来研究奠定了重要的实验基础，推动了量子物理学和拓扑量子计算的发展。

该研究成果直接应用于ISO/TS 21356-2国际标准，该标准目前正在印刷中，预计将于2026年发布。“这项工作基于英国国家物理实验室与曼彻斯特大学合作开发的《石墨烯结构表征良好实践指南145》，该指南是NPL下载量最高的指南之一。”NPL表面技术组首席科学家兼先进材料战略负责人Andrew Pollard博士指出。

该研究首先通过动力学分析和同位素效应，直接证明了石墨烯在电化学电势下的质子渗透主要源于量子隧穿效应，而非通过缺陷的经典热扩散。利用这一机理，研究团队开发了一种使用质子导体Nafion作为支撑层的电化学剥离技术，仅需10秒即可完成石墨烯剥离，且铜基底可重复用于CVD生长，克服了传统化学蚀刻法耗时数小时、消耗基底的限制。

该传感器采用双层异质结构，由聚乙二醇（PEO）-石墨烯基热敏墨水层与裂纹型聚乳酸（PLA）层构成。墨水层在低温区间（30–40 °C）展现卓越温度响应能力，实现高达5.1% °C–1的高灵敏度；而开裂的PLA层通过热弯曲与隧道效应协同作用，在高温区间（40–70 °C）高效运作，灵敏度达0.146% °C–1。集成于系统中时，该传感器能快速响应突发性温度骤升，仅需11.27秒即可触发安全警报。

利用全原子分子动力学模拟和自由能计算，系统揭示了多层Janus石墨烯纳米孔中层间耦合对离子传输的调控机制，发现了熵效应在稳定能谷及促进离子定向迁移中的关键作用，为高性能纳米流体器件的设计提供了新的热力学理论依据。

在这项研究中，研究人员提出了一种生物启发的自由空间架构工程策略，在石墨烯基纤维纺织品中程序化构建分层孔腔结构，实现了宽带电磁吸收与热管理功能的集成。通过多轴湿法纺丝和定向干燥技术，制备了两种仿生纤维体系：仿北极熊毛发的还原氧化石墨烯/银纳米线中空纤维（RAHF）和仿分形拓扑结构的还原氧化石墨烯/MXene/聚乙烯醇气凝胶纤维（RMAF）。