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超導體臨界磁場是指在外加磁場下超導態轉變成正常態所需的磁場強度。它是超導的基本性質之一，也是決定超導體應用的一項重要指標。第一個被發現的超導體——水銀，它的臨界磁場僅有幾十毫特斯拉。近年來人們發現，某些厚度僅有幾個原子層的薄膜可以在幾十特斯拉的磁場下保持超導，這大大超出了人們的預料。為了解釋這個現象，人們提出了伊辛配對機制，認為這是由于這一類特殊材料的晶格不具備中心反演對稱性，參與超導配對的電子具有了鎖定的自旋取向所致。在此框架下，人們通過在非中心對稱的材料中尋找，又發現了多個具有巨大臨界磁場的超導體。然而，也有人認為這完全是材料維度效應所導致的，挑戰了伊辛配對機制。同時，伊辛超導理論的一個重要預言——臨界磁場的低溫發散行為也一直未被實驗驗證。最近，清華大學物理系張定副教授和薛其坤教授領導的中德合作團隊，打破了此前理論的限制，首次在具有高對稱性的材料——錫烯薄膜中觀測到了數倍于理論預期的臨界磁場，并清晰地觀測到了溫度逼近絕對零度時臨界磁場的發散行為，給出了伊辛超導非常強的證據。北京時間3月13日，相關研究成果以《錫烯薄膜中的第二類伊辛配對機制》（“Type-II Ising pairing in few-layer stanene”）為題在線發表于《科學》（Science）上。圖1. 實驗測得的錫烯超導中奇異的上臨界磁場行為。顏色代表樣品的電阻（紫色區間為正常態，深藍色區間為超導）。圓圈標出了不同溫度下的上臨界磁場。實線和虛線代表了不同的理論模型，其中紅色為本工作中提出的第二類伊辛配對機制。左下和右上的示意圖分別畫出了錫烯的原子結構和能帶。薛其坤教授研究團隊長期從事原子級可控的高質量薄膜的制備和物性探索，在二維超導領域發現了單層鉛膜超導、單層鐵硒/鈦酸鍶界面高溫超導和雙原子層鎵膜超導的格里菲斯奇異性等。2018年，團隊核心成員張定副教授等人首次發現灰錫薄膜—錫烯—具有超導電性（ 《自然-物理》Nature Physics, 14，344（2018）），隨后發現其面內上臨界磁場超過了常規超導體的上限—泡利極限。為了進一步深刻理解錫烯的二維超導特性，研究團隊與德國馬普固態研究所的約瑟夫-福森（Joseph Falson)博士和尤根-斯密特（Jurgen Smet）教授合作，利用極低溫強磁場下原位旋轉測量技術，系統測量了不同厚度錫烯樣品在近乎整個超導溫度區間上臨界磁場的變化行為，發現上臨界磁場不僅超出泡利極限，而且在溫度逼近絕對零度時仍無飽和跡象，這是典型的伊辛超導行為。由于錫烯具有中心反演對稱性，這些行為不能用現有的伊辛超導理論解釋。為了理解這一令人困惑的現象，清華大學物理系徐勇副教授和北京師范大學劉海文研究員等開展了深入的理論研究。論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/11/science.aax3873

近年來，隨著經濟的發展，石油開采、油品運輸等過程的泄漏造成了越來 越嚴重的環境污染，并已嚴重威脅到人類的生存。如何有效的祛除這些油類污 染物成為了全球性的研究課題。為此，我們以石墨烯為原材料，成功制備了一 種新型的石墨烯海綿。 石墨烯是一種由碳原子以特殊結構排列而成的單層片狀結構的新材料是世 上已知的最薄、最堅硬的納米材料，而且它的柔韌性也很強，對芳香性的分子 具有很強的吸附能力。利用石墨烯的這些特性，我們將石墨烯和聚合物復合到 一起，通過原位聚合的方法合成了石墨烯海綿（如下圖 1 所示）。石墨烯海綿 的合成過程簡單，條件溫和，海綿的形狀和大小可以通過改變容器的形狀和大 小來控制，成本低，可大規模批量生產。所制成的海綿具有親油疏水、大孔徑、 高彈性等特點，能夠特異性的吸附水體中的油類（如：汽油、柴油、原油等） 和有機污染物（如：四氯化碳、正己烷、環己烷等），并且利用其彈性可以將 吸附的油類污染物擠出，可進行循環利用。因此，這種新型石墨烯海綿在處理 油水混合物領域具有廣闊的應用前景，可以用于處理海洋溢油，含油廢水，生 活污水等。 

團隊研究后發現，樟腦與石墨烯表面吸附能較小，作為輔助轉移層時可以僅通過室溫下干燥升華、低溫短時間退火或無水乙醇試劑清洗被完全除去。這避免了傳統轉移方法中去除轉移支撐層所使用的有機試劑長時間浸泡和高溫退火等操作，減少了對石墨烯薄膜的品質損壞，并擴展了石墨烯在諸多柔性基底上的應用。 除此之外，在使用自制的樟腦溶液旋涂至石墨烯薄膜上并刻蝕掉銅基底時，石墨烯薄膜周圍形成了一層樟腦油包圍層，對石墨烯薄膜提供了緊固保護。團隊還發現，由于樟腦油層在

升溫迅速、采暖舒適、高效節能環保、保健作用、強度高，重量輕、安裝方便、運行費用低、控制靈活、壽命長久、安全可靠。

項目采用石墨烯改性方法制備的石墨烯導電纖維，其表面電阻為表面電阻104～105歐姆，耐水洗和皂洗，具有導電、遠紅外發射、防紫外、抗菌抑菌、自清潔和拒水等功能。

一、項目簡介石墨烯可以視為單層石墨結構，其獨特的二維結構及其優良導電性使其在微電子、半導體、電池以及防腐涂層中得到應用。目前石墨烯生產方法主要有機械剝離法，化學氣相沉積法，電輔助氧化法和氧化還原法。表 1 里列舉了這幾種方法的優缺點。表 1 石墨烯各生產方式優缺點對比生產方式優點缺點石墨烯品質較高，操作簡單，成本低廉獲得的石墨烯尺寸不穩定，無機械剝離法法實現量產。操作相對簡單，石墨烯可以大面積生長，得到的石墨烯較為完整，質量較好高溫工藝，成本高；化學氣相沉積法電輔助氧化法只能達到平方厘米的量級，難以滿足石墨烯的工業化應用難以控制石墨烯生長層數；石墨烯較難從 SiC 基板上轉移；使用強氧化劑，有害氣體產生。石墨烯在生產過程易發生不可逆轉的團聚；生產設備簡單簡單易行的工藝成、高效且成本較低氧化還原的過程中，電子結構及晶體的完整性易被破壞，難以生產高品質產品；氧化還原法生產廢液造成環境污染。本團隊開發的石墨烯采用氣氛-電弧法，可以實現石墨烯的快速制備。相比于傳統石墨烯制備方法，它具有如下優勢：1）生產效率極高。氧化法制備石墨烯耗時約 3-7 天電弧法可在幾分鐘到十-- 130 --西安交通大

石墨烯的表面修飾、復合材料及自修復涂層的制備，增強基體防腐性能并具 有自修復功能。

本成果以“高效、低耗、高質、低成本”為開發理念，形成了氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯的系列制備技術，具有實施工業規模化生產的潛質。所制備的氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯具有層數低、比表面積大、純度高等特點。應用領域包括生物檢測、新能源、環境修復、防護涂裝、電磁屏蔽、導電及導熱材料等。目前，已在防腐涂料、電化學儲能、導電導熱材料等方面應用與企業開展對接試研工作。本成果包含的制備技術的特點如下： 1、氧化石墨烯制備技術特點： ① 生產過程簡單、高效（無需繁雜的低溫、高溫過程）； ② 節能減耗，能耗低，濃酸消耗少，“三廢”產生少； ③ 生產周期短，氧化過程最快僅需30min； ④ 濃硫酸的回收再利用。 2、還原氧化石墨烯制備技術特點： ① 生產過程簡單、高效； ② 無需任何還原劑； ③ 無需復雜、高要求的設備； ④ 還原過程最快僅需3s。 3、石墨烯制備技術特點： ① 生產過程簡單、高效； ② 無需任何還原劑； ③ 使用設備簡單易獲得； ④ 制備過程最快僅需5s。

項目簡介 石墨烯屬于碳納米材料家族中的一員，是一種單層的二維原子晶體，具有高硬度、高導熱性、高載流子遷移率等諸多優良特性，被認為是新一代電子學器件的重要基礎材料。近年來我們通過技術改良， 研制成功了可批量