08-26

石墨烯納米袋顯著減少氫燃料電池所需鉑金

盡管氫燃料是一種很有前景的化石燃料替代品，然而其發電依賴的催化劑主要由稀有昂貴的金屬鉑組成，這限制了氫燃料的廣泛商業化。據16日發表于《自然·納米技術》雜志的論文，美國加州大學洛杉磯分校研究人員報告了一種方法，使他們能夠達到并超過美國能源部（DOE）設定的高催化劑性能、高穩定性和低鉑使用率的目標。 這項破紀錄的技術使用了鉑鈷合金的微小晶體，每個晶體都嵌在由石墨烯制成的納米袋中。與DOE催化劑標準相比，石墨烯包裹合金產生了非凡的結果：催化活性提高75倍；功率提高65%；在燃料電池預期壽命結束時，催化活性提高約20%；在模擬使用6000—7000小時后，功率損失降低了約35%，首次超過了5000小時的目標；每輛車所需的鉑金幾乎減少了40%。 如今，全球鉑及類似金屬總供應量的一半用于化石燃料驅動的汽車的催化轉換器，這種成分可以降低其排放物的有害性。每輛車需要2—8克鉑。相比之下，目前的氫燃料電池技術每輛車消耗約36克鉑。而研究團隊測試的最低鉑負荷下，每輛氫動力汽車只需要6.8克鉑。 那么，研究人員是如何從更少的鉑中獲得更多能量的呢？他們將鉑基催化劑分解成平均3納米長的顆粒。更小的顆粒意味著更大的表面積，也意味著更多發生催化活性的空間。然而，較小的顆粒往往會擠在一起形成較大的顆粒。 研究團隊通過在2D材料石墨烯中裝載他們的催化劑顆粒來解決這一限制。與煤或鉛筆芯中常見的散裝碳相比，這種薄碳層具有驚人的容量，可高效地導電和導熱，是類似厚度的鋼強度的100倍。 他們的鉑鈷合金被還原成顆粒。在集成到燃料電池之前，這些顆粒被石墨烯納米袋包圍，納米袋還充當了一種防止顆粒遷移的錨，這正是商用車所需的耐久性水平所必需的。與此同時，石墨烯允許在每個催化劑納米顆粒周圍留出約1納米的微小間隙，這意味著可能會發生關鍵的電化學反應。

08-19

Nature | 扭曲的石墨烯模型表現出復雜的電子行為

北京大學和普林斯頓大學的兩名研究人員發現，扭曲石墨烯的激發譜參數與重費米子模型的屬性直接對應。在他們發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的論文中，Zhi-Da Song 和 B. Andrei Bernevig 描述了建立一個模型來展示 Bistritzer-MacDonald 模型的各個方面，然后用它來演示扭曲雙層石墨烯的特性。Paul Scherrer ?研究所的 Aline Ramires 在 Nature 上發表了一篇新聞與觀點文章（doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02108-w），概述了Bernevig 和 Song 的工作。拓撲重費米子模型。(a) MATBG及其重費米子模擬物moiré單元的示意圖，其中局域矩和流動電子分別由AA -堆積區域和拓撲導通帶(c) 上的有效 f 軌道形成。(b) 魔角θ=1.05°時BM模型的能帶結構，其中moiré BZ和高對稱動量如圖所示。Bloch狀態和試驗wf之間的重疊部分用紅圈表示。所構造的最大局域WFs (f軌道)的密度分布顯示在下面的嵌板中。(c)拓撲重費米子模型給出的譜帶(黑線)與BM譜帶(藍叉)比較。在解耦極限中的c(藍色)和f(紅色)帶，其中γ=v '百科=0，顯示在插圖中。橙色虛線表示f - c耦合開啟時能級的演化。資料來源: Physical Review Letters (2022). ?DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.047601 石墨烯是一種平面的二維碳片，是一個值得研究的課題。四年前的一項研究工作涉及將一層石墨烯放在另一層之上，然后扭轉最上面的一層。經過反復試驗，這些研究人員發現將頂層石墨烯片層扭曲一定角度（1.05度）會導致超導體的產生。研究人員將這個扭曲角度稱為“魔角”。從那時起，其他研究人員一直在研究以魔角排列的扭曲雙層石墨烯的屬性。在這項新工作中，研究人員研究了它的激發光譜，發現它與費米子模型的參數相對應。 之前的研究表明，在正確的方向上扭曲的雙層石墨烯具有一些獨特的特性——例如，一組電子會四處移動，這就解釋了它的導電性。但另一組電子保持不變。這種材料的兩種相互矛盾的特性使科學家能夠將樣品推到絕緣體和超導體之間。 為了更好地理解為什么會發生這種情況，Song 和 Bernevig 創建了一個系統模型，然后用它來進行描述材料行為的精確計算。他們發現，與重費米子材料相比，他們能夠描述扭曲雙層石墨烯的結構。更多的工作表明，材料的參數直接對應于重費米子模型的參數。重費米子物質是那些位于元素周期表底部的物質。

08-08

石墨烯散熱膜項目入駐利物盛（江蘇）石墨烯應用產業園

利物盛（江蘇）石墨烯應用產業園位于江蘇省南通海安高新技術開發區，隸屬于上海利物盛企業集團有限公司。一期占地面積100畝，建筑面積50000㎡。 利物盛（江蘇）石墨烯應用產業園是利物盛石墨烯科技引領計劃的重要組成部分，以石墨烯生態全產業鏈為導向，整合上海利物盛資本、人才、技術等要素，為集團公司下屬入駐企業提供強大的支持和優質的服務。 2022年8月，利物盛（江蘇）石墨烯應用產業園在現有的石墨烯低溫柔性電熱膜、石墨烯水性電熱膜、石墨烯地暖模塊等相關產業的基礎上又迎來了石墨烯散熱膜項目的入駐，目前已完成該了項目所有設備的就位，后續將加緊完成各項設備的安裝調試，以最短的時間投入生產，該項目的入駐助推了利物盛石墨烯應用產品的進一步完善。 盛夏的8月4日，天氣悶熱異常，然而利物盛產業園車間內，全體員工不畏酷暑、毫不懈怠，搶進度、保質量，終于在晚上10點30分左右完成了所有散熱膜設備的就位工作，為項目的早日投產夯實了基礎。 利物盛（江蘇）石墨烯應用產業園圍繞利物盛石墨烯“上海研發，長三角制造、加速資源配置、形成發展合力”的戰略布局，著力打造成集產、銷為一體的石墨烯產業新高地、創新企業的集聚地，以整合石墨烯散熱技術而開發的石墨烯散熱膜生產線，旨在通過管控生產工藝流程，確保材料的高標準性能，從而推出石墨烯散熱膜這一高科技含量的產品，來滿足民用和工農業領域的需求。

08-05

上海微系統所成功研制世界上最小尺寸的相變存儲單元

當今數據生產呈現爆炸式增長，傳統的馮·諾依曼計算架構已成為未來繼續提升計算系統性能的主要技術障礙。相變隨機存取存儲器（PCRAM）可以結合存儲和計算功能，是突破馮·諾依曼計算構架瓶頸的理想路徑選擇。它具有非易失性、編程速度快和循環壽命長等優點。然而，PCRAM中相變材料與加熱電極之間的接觸面積較大，造成相變存儲器操作功耗較高，如何進一步降低功耗成為相變存儲器未來發展面臨的最大挑戰之一?？s小加熱電極尺寸是降低功耗的關鍵。 石墨烯納米帶（GNR）是一種準一維的石墨烯納米結構，其具有超高載流能力（＞109 A/cm2），且熱穩定性高，可以用作相變存儲器的加熱電極。 中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員宋志棠、王浩敏組成聯合研究團隊，首次采用GNR邊緣接觸制備出目前世界上最小尺寸的相變存儲單元器件。7月18日，相關研究成果以《通過石墨烯納米帶邊界接觸實現相變存儲器編程功耗最小化》（Minimizing the programming power of phase change memory by using graphene nanoribbon edge-contact）為題，在線發表在《先進科學》（Advanced Science）上。 研究團隊采用石墨烯邊界作為刀片電極來接觸相變材料，可實現萬次以上的循環壽命。當GNR寬度降低至3 nm，其橫截面積為1 nm2，RESET電流降低為0.9 μA，寫入能耗低至~53.7 fJ。該功耗比目前最先進制程制備的單元器件低近兩個數量級，幾乎是由碳納米管裂縫（CNT-gap）保持的原最小功耗世界紀錄的一半。同時，GNR作為加熱電極且充當半導體溝道材料，可在2.5 MHz的時鐘頻率下實現D型觸發器的時序邏輯功能。 這是目前國際上首次采用GNR邊緣接觸實現極限尺寸的高性能相變存儲單元，器件尺寸接近相變存儲技術的縮放極限，實現了超低功耗、高編程速度、出色的高/低電阻比，并展現出良好穩定性/耐用性。該新型相變存儲單元的成功研制代表了PCRAM在低功耗下執行邏輯運算的進步，為未來內存計算開辟了新的技術路徑。研究工作得到國家自然科學基金委員會、國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項和上海市科學技術委員會等的支持。