科研进展

该研究针对传统碳材料热处理”耗时长、能耗高、设备复杂、难放大”的痛点，系统梳理了超快焦耳热技术——利用碳材料自身电阻，在毫秒至秒级内升温至 3000 K 以上——快速合成石墨烯、碳纳米管、硬碳、多孔碳及碳基复合材料的最新进展，并全面盘点其在超级电容器、锂/钠/钾/锌离子电池以及 HER、OER、ORR、CO₂RR 电催化中的性能突破，为碳材料的快速、节能、低碳规模化制造绘制了完整路线图。

石墨烯纤维介导的层级拓扑网络重构策略，采用可规模化湿法抄纸工艺，在芳纶纸基体中构建长径比可控的层级逾渗网络。该策略解耦石墨烯纤维填充含量与纤维长度两大变量，精准调控网络拓扑与电磁参数，平衡介电损耗与声子输运。

该工作确立了重构界面是决定蓝宝石上石墨烯外延取向的关键自由度：镶嵌性并非取向的随机分布，而是 r117、r112 等一组离散低应变公度构型在两种手性重构畴上共同占据的结果，并为衍射数据提供了定量解读框架。作者指出，若能使重构只保留单一手性，可及取向数目可以减半；调节重构的化学计量比也有望改变竞争构型之间的平衡。这为通过界面工程获得平整、无应变、取向受控的蓝宝石上石墨烯指明了路径，相关思路也可推广到其他二维材料与体材料的外延体系。

本文报道利用一种粘附强度可被紫外光调制的功能胶带实现大面积高密度石墨烯纳米卷的受控合成、胶带被拉伸向其上承载的石墨烯施加张应变、通过把石墨烯从胶带表面脱附释放所施加应变、形成垂直于应变方向排列的石墨烯纳米卷，这种应变辅助方法得到密度增加约每毫米 380 个纳米卷、长度达 90 微米的孤立纳米卷，还通过控制胶带石墨烯堆叠的拉伸方向控制卷曲角度即手性角，纳米卷结构允许金属氯化物分子插层、导致电导率提升，进一步通过拉伸二硫化钼石墨烯异质堆叠实现石墨烯和二硫化钼的异质纳米卷、展示清晰光学响应，整个受控合成方法为借助功能胶带应变工程操纵纳米材料提供机会。

该工作系统描绘了菱方六层石墨烯关联半金属区的完整相图，建立了对称性破缺、Lifshitz 转变与能带反转之间的对应关系。研究在电子–空穴共存的双载流子区发现了临界磁场远超泡利极限的类超导态，为探索激子介导等非常规配对机制提供了新线索；同时揭示了磁滞极性可被电场反转的铁电轨道磁性，展示了电极化与轨道磁化强耦合的新型多铁序。目前两种类超导态的电阻尚未降至零，铁电偶极的微观起源也有待厘清，作者提出 3:1 同位旋极化构型作为一种可能解释。基于量子振荡费米学建立的分析框架，可为更高层数菱方石墨烯中关联与拓扑物态的探索提供指导。

引入石墨烯可以改善活性炭的电子传输。然而，石墨烯片层易重新堆叠，商业活性炭的比表面积和孔结构又难以精细调节。如何在制备过程中同步构建多孔炭骨架与石墨烯导电网络，使离子存储位点与传输通道相互配合，是复合正极设计需要解决的问题。

作为张老师的第一届硕士生，虽然没有师兄师姐带着做实验，但也很幸运遇到了一位负责认真的老师，总能在我卡住的时候给出关键建议。一路走来，国奖不是靠天赋，而是在课题试错中一点点积累出来的，今天重点聊聊我踩过的那些坑。