科研进展

来自山东大学、田纳西大学、齐鲁工业大学（山东省科学院）的研究团队，应用了一种基于机器学习神经进化势（NEP）的模拟框架，结合随机接触算法与主动学习策略，实现了GF/PDMS复合材料在拉伸—压缩变形下的热—力耦合行为精准预测。他们成功模拟了石墨烯泡沫/聚二甲基硅氧烷（GF/PDMS）复合材料在形变（40%拉伸至50%压缩）下的热—力耦合行为。

分步控制氧化路径以实现外延介电层：在洁净石墨烯上外延生长hcp-Hf薄膜（高温600°C形成大岛；室温RT形成连续膜）。自然氧化（空气暴露）：揭示a-HfOₓ → h-HfOₓ → m-HfO₂序列。热氧化（400°C）：加速相变，验证h-HfOₓ为m-HfO₂前驱体。结合STEM表征与ReaxFF分子动力学（MD）模拟，阐明石墨烯通过模板效应稳定中间相。扫描近场光学显微镜（s-SNOM）证实亚氧化物导电性高于m-HfO₂。

张金灿教授聚焦石墨烯实用化进程中的核心挑战——大面积高质量薄膜的可控制备，系统介绍了其课题组在石墨烯化学气相沉积（CVD）生长、批量制备及前沿应用领域的突破性进展。针对石墨烯产业化应用中普遍存在的薄膜污染、制备效率低、转移损伤及器件性能瓶颈等关键难题，研究团队提出了系列创新解决方案并取得显著成果。

我们展示了氟化石墨烯 （FG） 作为双功能填料，以克服石墨烯高导电性和界面相容性差的缺点，同时保持高导热性。结果表明，通过界面相互作用可以降低 FG 与基体之间的界面热阻。此外，FG 诱导聚偏二氟乙烯 （PVDF） 分子链的面内取向以加速散热。FG 含量仅为 5 wt.% 的复合薄膜表现出极高的导热率 （6.8 W·m−1·K−1），比原始 PVDF 薄膜高 30 倍。

该研究成功合成了一种具有明确分子结构的亲水型单分子石墨烯量子点（HPGQD）。打破了传统石墨烯量子点（GQDs）结构复杂、难以精准调控的瓶颈，创新性采用有机合成策略，以单苯环分子为前体，实现了原子级可控的GQDs制备，其核心包含132个平面sp2共轭碳原子。这一突破不仅填补了有机与无机化学在纳米材料合成中的鸿沟，更为碳纳米材料的临床应用扫清了结构不确定性的关键障碍。

研究将氧等离子体处理的单层石墨烯嵌入Nafion膜中，可同时提升质子导电性和选择性。分子动力学模拟表明，通过等离子体处理引入的含氧功能基团形成了纳米孔，增强了石墨烯与Nafion之间的界面亲和力，从而改善了界面处的水分分布和质子传导。这种方法有效打破了导电性与选择性之间的权衡关系，为提升DMFC性能提供了可行解决方案。

研究首次报道了从丝瓜珞生物炭（LSBC）合成的三维石墨烯气凝胶复合吸附剂（LGA），用于高效去除水溶液中的亚甲蓝（MB）。该合成过程包括一个有效的碱活化热解过程，随后进行一步法溶剂热静电共组装。LSBC作为增强剂和桥接剂，有效防止石墨烯纳米片聚集，并促进三维分级多孔网络的形成。因此，LSBC为LGA赋予了多种优良性能，包括超亲水性（水接触角为8.0°）及丰富的含氧官能团。

本研究采用、片状铜粉（低红外发射率）和石墨烯（宽波长吸收）作为功能填料，铜粉具有良好的导电性和遮盖力，石墨烯的六方层状结构赋予其耐腐蚀性和光谱吸收特性，二者的协同作用可显著提升涂层的综合性能。

受仿生结构启发，如蝎子腿关节和荷叶表面，提出了一种基于石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性应变传感器，其敏感性基于纳米裂纹效应。该医用胶带纳米裂纹基传感器展现出高灵敏度（GF = 1.98）、高疏水性（接触角 = 133°）及弯曲循环稳定性（5000次循环测试后ΔR/R0 < 0.2）。此外，该传感器可应用于机器人手部实现精准姿态监测与交互感知。

本文设计并制备了一种新型二维硅负极材料，其具有坚固的层间界面结构。该结构通过硅氧烯与氧化石墨烯的静电自组装，随后经镁热还原反应实现。所得层间界面具有强烈的物理粘附力和紧密接触，从而提供增强的界面稳定性，这对在快速锂离子循环和高倍率操作过程中维持电极完整性至关重要。

研究采用改进的浸渍方法，通过向聚酰亚胺（PI）中添加石墨烯（GE）作为导电增强材料，对复合涂层进行改性。在其表面覆盖有机硅涂层，合成具有电加热和疏水功能的分层复合涂层。平均电加热温度可在240秒内达到162°C，水接触角稳定在106°±0.5°。除冰实验表明，在-15°C环境下冰可明显融化。水膜在界面形成并从涂层表面脱落，显示出良好的除冰性能。

本研究提出了一种构建具有优异柔韧性和高性能电磁波吸收能力的GO增强型水凝胶的创新策略。通过利用GO含氧基团与聚合物网络之间的动态氢键作用，结合GO层间的滑动效应，GO水凝胶的断裂应变提升了1.4倍（达578.7%），且GO水凝胶的最大拉伸强度从0.10 MPa提升至0.25 MPa。同时，GO表面基团与水分子之间的氢键优化了介电性能，赋予GO水凝胶优异的阻抗匹配能力和卓越的电磁波衰减能力，如在11.2 GHz时RLmin为−43.5 dB，以及6.2 GHz的宽带宽。此外，GO水凝胶展现出卓越的热绝缘性能。本研究为开发机械耐久且高效的电磁波吸收材料奠定了基础，可应用于柔性电子设备及可穿戴电磁防护装置。