石墨烯制备期刊投稿

每个人的生命都会经历不同的成长阶段，在20多岁的年纪里，正是享受美好人生的时光。大多数人的年轻岁月，有收获，有失去，有彷徨，也有惊喜，但是，总有一些人超脱正常人的范畴，做出令绝大多数人一生都无法企及的成就。

例如，在22岁时被世界顶级科学杂志《自然》评选为“2018年度十大科学”之首的天才少年曹原。他是一位95后，他也是一个长相普通的年轻人，然而，他的传奇经历却令人惊艳赞叹。

曹原

1996年，曹原在素有天府之国美誉的成都出生，三岁时，他跟随父母举家搬迁至深圳。那个时候的深圳，已经被浓烈的电子氛围所包围着，人们常说90年代的深圳有三多：钱多、人多、电子产品多。自从曹原记事起，他的周围就充满了电子产品。

别的孩子在这座城市接触到的是各种精美的玩具，曹原在这座城市，能够找到却是各种电子产品的元件和线路。小时候，他最喜欢做的事，就是在那些老旧的电子市场淘回来一大堆老物件，将这些东西拆了又装，尤其是里面的电子线路，一直是他的最爱。

实验室

这样的生活氛围与兴趣爱好，为曹原改写世界科学未来进程，埋下了伏笔。2007年，11岁的曹原被选拔入深圳耀华实验学校读书。在整个广东省而言，深圳耀华自成立之初就有着“天才学校”的美誉，凡是能够进入这所中学读书的少年，都有着异于常人的天赋才华。从这所学校出来的差生，只能够读深圳大学；平常学生的初级目标是清华北大；能让耀华中学的优秀学生奋力拼搏的学习目标，都是世界顶尖大学牛津、斯坦福等学校。

曹原

即便这所高校中的学生都是优中选优的尖子生，曹原仍然在同届学生中脱颖而出。所有的课程，他一听就会；他对于课本知识的理解，远超出于老师的教学大纲。下课的闲余时间，曹原利用同龄孩子玩游戏、追明星的时间，进行着一个人的电子元件试验。善解人意的父母为了支持曹原的爱好，专门为曹原在家中搭建了一个实验室，一些小型实验的拆线、安装，曹原一个人就能在家中的实验室完成。

曹原中学照片

曹原这种过人的学习天赋，受到了学校校长的重视，为了让曹原得到最优秀的教育资源，学校为他组建了一支专门的教学团队，帮助曹原迅速学习初中和高中课程的同时，还专门对曹原的创新探究精神进行了培养。仅用了三年的时间，14岁的曹原已经完成了初高中的所有课程，并于2010年参加高考，当年，曹原以669分的高考成绩考入了中国科学技术大学少年班学院。创立于1978年的中科大少年班，从来不缺乏所谓的“神童、天才”，但是曹原的出现，依然让这个传说中的少年班增加了一个传说级的人物。

左一为曹原

曹原成为了老师和同学眼中公认的“大神”，但是，这位大神少年从来没有恃才傲物过，明明已经占到了同龄人科技圈的顶端，曹原仍然用沉稳低调的步伐，完成了自己大学本科的学业。读大学期间，他主动到曾长淦教授的实验室学习，在老师的指导下，他勤勤恳恳地进行石墨烯等方面的理论研究。

2012年，曹原被学校派为首批国际交流生，前往密歇根大学进行学习；2013年，他斩获顶尖海外交流奖学金，并获得了前往牛津大学进行为期两个月科学试验；2014年，曹原在获得学院最高荣誉奖学金的同时，为了继续深造自己的科研理论，他前往美国麻省理工大继续学习。

曹原本科毕业

这个在中国一鸣惊人的天才少年，在这个被称为全球顶尖学术天堂的地方，又将绽放出怎样的光芒？在麻省理工学习期间，他用了4年的时间潜心于研究石墨烯的超导性。其实早在国内读书期间，曹原就已经提出过如何改变材料性质达到超导状态的问题，多年以后，他仍然在坚持这个问题的研究，并且得到了震惊物理界的答案。2017年，曹原在该所学校攻读博士期间，他根据理论推测出：叠加在一起的两层石墨烯会发生巨变，从而能够实现超导体性能。然而，对曹原的这个推测，物理学界的许多大佬嗤之以鼻。

麻省理工学院

他们认为，一个年仅22岁的中国准博士生，竟然仅凭借自己的推测理论，就想要解开“电力物理界的黑暗时代”存在了30年悬而未解的问题，这是天方夜谭。面对这种质疑声与嘲笑，曹原没有丝毫退缩，他信心满满地进行两层石墨烯材料特定叠加实验，即便是在得出正确实验结果之时，曹原仍然花费了6个月的时间，为他确立石墨烯传导理论准备足够多的支撑资料与论文。

就在2018年的3月5日，曹原将自己与石墨烯超导理论有关的两篇论文投稿给《自然》杂志编辑部后，他的论文令全球科学界震动万分。一个名不见经传的年轻少年，竟然凭借一己之力打破了困扰物理学界107年的难题，并让石墨烯超导领域取得了极大突破。

2018《自然》杂志封面

同年，《自然》杂志10大人物封面评选中，整个封面图片竟然是采用石墨烯的碳环结构与数字“10”作为基础设计而成。这本世界顶级学术期刊杂志，迎来了最年轻的中国学者，肯定了曹原对于这个全新物理研究领域的贡献。从此以后，曹原不仅是中国物理学家的骄傲，全球各界物理学家也都知道他的名字。

从那个时候到今天，仍然有无数的顶级大学和科研机构向曹原伸出橄榄枝，甚至希望他能够以教授的身份任职。对于全球顶尖物理机构和大学的邀请，曹原做出了这样的答复：“我学成以后要回到中国的。”他是中国少年，他有着中国少年的雄心壮志，他为当下青年树立了榜样，这样的优秀人，才能够称之为“全民偶像”。

曹原理论成就

根据最近的学术报道，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜教授团队最近发表了一篇题为“CoCu纳米芯片的反应性气体传感器应用研究”的论文。该研究利用电化学沉积法制备了CoCu合金纳米芯片，并将其应用于反应性气体传感器中。研究显示，在CO2和NH3等反应性气体的作用下，CoCu纳米芯片的电阻率发生明显变化。通过进一步的分析和实验，研究人员得出结论：CoCu纳米芯片可用作一种非常灵敏和准确的反应性气体传感器，并有望在环境检测、医疗诊断和制药生产等领域发挥重要作用。这项研究成果为新型纳米电化学材料的研究开辟了新的思路，对于促进纳米传感器技术的发展也具有重要意义。

表面等离体激元是自由电荷和电磁波耦合形成的集体电磁振荡模式，能够在纳米尺度上操纵光与物质的相互作用。不同金属结构中的等离体激元的色散模式取决于它们的空间维数，并且已经在基础物理学和应用技术中得到深入研究。 加州大学伯克利分校王胜及其导师王枫和合作者 最近报导了来自一维碳纳米管和二维石墨烯形成的混合维度范德华异质结构中的杂化等离体激元[1]。金属碳纳米管中等离体激元具有同常规等离体激元截然不同的量子特性，其等离体激元特性与载流子密度无关，故而无法通过栅极电压调控[2][3][4]。与此相反，碳纳米管/石墨烯异质结构中的等离体激元波长能够被栅极电压连续调控，且调控幅度高达75%，并与此同时保持了一维体系中等离体激元超空间压缩和低损耗的优异特性。这表明混合维度范德华异质结构能够实现兼具各种不同功能的电可调控的等离体激元纳米元件。该成果发表在国际期刊 《Nature Communications》 上[1]。

第一作者：王胜,SeokJae Yoo, Sihan Zhao,伯克利

通讯作者：王胜,SeokJae Yoo, 王枫,伯克利

表面等离体激元是自由电荷和电磁波耦合形成的集体振荡模式, 并能在超越衍射极限的纳米尺度之下调控光与物质的相互作用。材料体系的空间维度对等离体激元的特性有深远的影响。在碳纳米管等一维材料中，电子之间的强关联相互作用形成Luttinger液体，导致一维Luttinger液体体系呈现特殊的量子等离体激元特性。在金属性碳纳米管中，等离体激元结合了非色散的传播速度，深亚波长局域，以及低损耗等优异特性，但由于该体系中的量子等离体激元不随载流子浓度变化故而无法被栅极电压调控[2][3][4]。被氮化硼二维薄膜包裹的二维石墨烯中的等离体激元能够很好地被栅极电压调控。不同维度材料之间等离体激元的耦合可以极大地改变等离体激元的色散性质并呈现新的性能，然而这种混合维度材料中的等离体激元模式尚未得到探测。

鉴于此， 加州大学伯克利分校王胜及其导师王枫和合作者 设计并制备了碳纳米管/氮化硼/石墨烯混合维度的范德华异质结构并研究了该混合维度异质结构中碳纳米管等离体激元和石墨烯等离体激元的强耦合作用。亮点如下：

亮点1. 借鉴二维材料中的基于温控黏性塑料薄膜的干法转移堆叠技术，成功可控地制备了干净的碳纳米管/氮化硼/石墨烯混合维度异质结构，并用自己搭建的灵敏度极高的扫描近场光学显微镜系统性地研究了该体系中的杂化等离体激元模式。

a SWNT/h-BN/Graphene异质结构中等离体激元的红外纳米成像示意图。设计的混合维度异质结构通过基于温控黏性塑料薄膜的干法转移堆叠技术实现，自上而下布局为SWNT/Top h-BN/Graphene/Bottom h-BN/SiO2/Si。石墨烯载流子密度可以通过施加的栅极电压Vg所连续调控。为实现基于扫描近场光学显微镜的红外纳米成像，使用波长为10.6 μm的红外激光照射原子力显微镜的针尖尖端并收集来自尖端的弹性散射光。b 石墨烯和顶部h-BN层的边界分别用黑色和绿色虚线勾勒出轮廓。石墨烯和顶部h-BN之间的重叠区域以及其顶部的碳纳米管（光学不可见）构成了SWNT/h-BN/Graphene异质结构。c , d 异质结构代表性区域的高度像和相应的近场图像。c 中的M1和M2是金属碳纳米管，由于等离体激元的激发，在近场图像中具有明亮的对比度，而c 中的S是半导体碳纳米管，由于缺乏自由电子，近场响应可忽略不计。

亮点2. 通过栅极电压电调控石墨烯中等离体激元的波长以实现同金属碳纳米管中等离体激元波长相匹配，从而实现两种等离体激元模式的强耦合作用。该强耦合作用形成的杂化等离体激元兼具了碳纳米管等离体激元深亚波长局域以及低损耗的特性，同时也具有石墨烯等离体激元电可调控的特性。这些特性是单一体系中等离体激元难以兼具的，故而这种混合维度等离体激元体系能够实现兼具各种优异性能的电可调控的纳米光学器件。

a 长SWNT M1的高度像。b – i 在40到-100 V的不同栅极电压下SWNT M1的相对应的近场图像。与碳纳米管平行的双条纹源于针尖尖端激发和碳纳米管反射的石墨烯等离体激元波之间的干涉。随着栅极电压的增加，双条纹变得更加明显且更加分开。这种演化表明石墨烯载流子密度和相应的石墨烯等离体激元能够由施加的栅极电压连续调节。我们清楚地观察到碳纳米管末端附近显著的近场信号振荡，并且它们敏感地依赖于栅极电压。等离体激元波长λp等于近场图像中振荡周期的两倍，由白色双箭头（d和i）所标记，并且随着栅极电压远离0V而变得更长。j 短SWNT M2的高度像。k – s SWNT M2在40到-120 V的各种栅极电压下的相对应的近场图像。SWNT M2作为法布里-珀罗等离体激元纳米腔，其中传播的等离体激元在纳米腔两端来回反射并产生集体响应。从m - s，波腹的数量从7减少到4，实现的等离体波激元调控幅度约为 75%。

参考文献

[1] Wang, Sheng et al. Gate-tunable plasmons in mixed-dimensional van der Waals heterostructures. Nature Communications 12, 5039 (2021).

[2] Wang, Sheng, et al. "Nonlinear Luttinger liquid plasmons in semiconducting single-walled carbon nanotubes." Nature Materials 19, 986-991 (2020).

以及本公众号往期文章“半导体碳纳米管中的非线性拉廷格液体等离体激元”。

[3] Wang, Sheng, et al. "Logarithm Diameter Scaling and Carrier Density Independence of One-Dimensional Luttinger Liquid Plasmon." Nano Letters 4, 2360-2365 (2019):2360-2365.

[4] Wang, Sheng, et al. "Metallic Carbon Nanotube Nanocavities as Ultra-compact and Low-loss Fabry-Perot Plasmonic Resonators." Nano Letters 4, 2695-2702 (2020).

以及本公众号往期文章“NanoLett.：金属碳纳米管纳米腔：超紧凑和低损耗法布里-珀罗等离激元谐振器”。

文章链接

本文转自：

等离激元前沿

近期，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜教授在国际重量级学术期刊Advanced Materials上发表了题为“Ultrastrong and Tough Graphene Aerogel Fibers with Hierarchical Architecture”的论文。该论文报道了一种新型石墨烯气凝胶纤维，该纤维具有超强和韧性的特点，并且具有分层结构。这种新型石墨烯气凝胶纤维的制备方法简单易行，所得纤维具有超高的拉伸强度和韧性，并且具有显著的储能能力和超高的导电性能，因此在柔性电子、高强度材料和先进能源储存等领域有着广泛的应用前景。这项研究成果的发表不仅提高了我国在新型高性能材料领域中的国际影响力，而且也为石墨烯气凝胶纤维的制备和应用提供了新的思路。

最近，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜教授发表了一篇题为“钯纳米粒子修饰纳米多孔碳作为高效的氢气传感器”的论文。在这项研究中，汪胜教授和他的团队使用钯纳米粒子修饰纳米多孔碳，并将其用于制造高效的氢气传感器。这种传感器可以快速且准确地检测到氢气，具有高灵敏度和较低的检测限值。与传统的氢气传感器相比，这种传感器具有更快的响应时间和更高的稳定性。据研究人员介绍，这种高效的氢气传感器具有广泛的潜在应用，例如工业生产中的氢气检测、水处理、化学反应等领域。此外，在环境保护和能源领域中，这种传感器也有很好的发展前景。汪胜教授的研究成果得到了国内外同行的高度评价，有望为氢气传感器的研发和应用提供重要的参考和指导。

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