清华大学

二维异质结为界面导热研究提供了一个独特平台，让我们有机会把原子级界面从不可避免的散热瓶颈，转变为可设计、可测量、可调控、可功能化的热学单元。随着二维电子器件、光电子器件和异质集成技术的发展，界面热流调控有望成为未来纳米热管理和热功能器件的重要基础。

该工作采用反应力场（ReaxFF）分子动力学模拟方法，以多层石墨烯作为研究对象，提出了一种基于共价键分子桥的范德华界面连接策略。研究发现，在多层石墨烯层间引入分子桥进行共价键连接后，体系跨界面热导率可实现超过20倍提升。进一步通过声子热流谱分析，揭示了共价键分子桥在范德华界面中的声子杂化机制：分子桥在界面区域触发了新的声子传输通道（特征频率约50 THz），从而突破了弱范德华层间耦合对跨界面导热的限制。

浙江大学许震长聘副教授与清华大学徐志平教授合作，在GO液晶的两个极限状态中发现了一种新的中间态——受挫细畴液晶（fragmented liquid crystal, FLC）。通过调节GO片层间作用处于排斥与吸引平衡时，大尺度液晶畴受挫细化为接近单片尺寸的局部有序区域。也就是说，体系不再追求大范围一致取向，而是形成许多小尺度、彼此受限的局部有序畴。受挫细畴液晶既保留了尺寸细化至极致的局部取向有序结构，也保持了液晶的流动性，是一种新的液晶受挫过渡状态。

浙江大学许震长聘副教授、明鑫博士与清华大学徐志平教授通过实验与理论合作，揭示了π-π相互作用在GO聚集中的主导作用。该主导机制为GO的分散与稳定提供了一种新的超分子作用视角，为石墨烯材料组装的调控丰富了手段，同时也给石墨烯衍生物以及纳米碳材料表面相互作用提供了新的理解。

该研究面向清洁能源技术对稀土元素（REEs）的巨大需求与传统开采污染严重的矛盾，以植物为媒实现稀土的绿色回收——选取稀土超富集植物乌毛蕨（含铈0.76%）为原料，开发出植物自导电焦耳加热（PSC-FJH）新策略，仅用1.4秒低温（600°C）碳化加上0.4秒高温（2600°C）闪烧，便将”非导电植物”直接转变为高导电的CeO₂-石墨烯电催化剂。

该研究构筑了转角连续变化的扭转双层石墨烯结构，通过摩擦力显微镜的表征发现，侧向力调制幅值与摩擦耗散均随扭转角度呈现非单调变化。侧向力幅值在约 3.0° 处达到峰值，验证了此前基于几何相互作用的理论预测。不同的是，摩擦耗散在更小的扭转角（约 1.2°）处达到极值。借助原子模拟，研究揭示了这种独特的非单调摩擦行为源于面内局域刚度与原子级重构之间的竞争，二者共同影响摩尔超晶格尺度非稳态滑移的发生。

受蜘蛛纤毛启发，北京交通大学邓涛，清华大学田禾等人基于应力诱导自组装技术制备出具有优异性能与耐高温特性的三维(3D)纤毛状单层石墨烯全向振动传感器(CGVT)。进一步通过一维卷积神经网络(1DCNN)全向解耦算法对三维振动矢量解码，实现振动方向的精准识别。三维仿生振动感知系统通过金线键合工艺将蜘蛛网结构引入仿生纤毛结构MEMS芯片，复现了蜘蛛通过振动实现目标识别与分类的生物物理机制。尤为关键的是，这些器件采用硅基半导体工艺与MEMS制备技术制造，使单体尺寸较传统器件显著缩小。

本研究提出了一种“脉冲焦耳热诱导渗碳”（PJHIC）的非平衡合成策略。该策略利用快速电热冲击（>1300°C，>300°C/s加热速率）在金属基底（镍、钴）中创造瞬态非平衡状态，极大地加速了碳原子的体扩散与析出过程。研究发现，利用快速降温驱动的碳强制析出过程，可实现高达4.5 μm/s的瞬时碳输运速率，从而在61秒内实现了厚度达730 nm的石墨薄膜的垂直生长，速率较传统方法提升了一个数量级。