石墨烯應該怎么玩，師徒帶你嗨起來

Alisa 4年前 (2019-06-02) 4968瀏覽

“黑金”、“新材料之王”、“神奇材料”……石墨烯自從發現開始不停的被冠以各種頭銜，對它的研究也一直不曾停止過。石墨烯是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

所謂名師出高徒，了解并關心石墨烯及二維材料最新進展的小伙伴們，石墨烯領域的他們怎么能錯過呢，貼心的筆者給大家送上在石墨烯領域的大牛及他們的國內高徒（第一組例外哈，開個高大上的頭----），看看他們的研究方向及成果。（存在分享不完整的情況，歡迎大家留言補充~排名不分前后哈）

1、安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）

說到石墨烯，領域內的科研人員一定會想到英國曼徹斯特大學的這位科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）。因為研究發現了一種非常簡單的方法得到僅由一層碳原子構成的薄片--石墨烯，獲得2010年度諾貝爾物理學獎。Geim教授多次被湯森路透評為十大最活躍的研究人員，是中國科學院外籍院士及美國國家科學院外籍院士。和他一起獲諾獎的還有他的學生康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov），Novoselov在荷蘭攻讀博士學位時，Geim就是他的導師。現一起在曼徹斯特大學工作。

關于石墨烯的很多研究都是他們共同的成果：包括首次發現原子級石墨烯；在單層和雙層石墨烯體系中分別發現了整數量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應；制備原子級二維毛細血管材料；發現石墨烯超晶格中的介觀物理學現象；發現石墨烯基異質結構場效應晶體管的器件；成功完成石墨烯氧化物衍生膜并實現膜的層間距精確可調；及實現石墨烯組裝海水脫鹽裝置等。

目前發表論文300余篇，h-index? 超100，論文總被引頻次超17萬次。在石墨烯及相關二維材料領域發表Science、Nature20余篇。

我們使用SCI檢索graphene，被引頻次過萬的5篇文章中有4篇出自他們之手:

Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films (PDF 186KB)? Science 306, 666-669 (2004).

The Rise of Graphene (PDF 1.33MB)? ?Nature Materials 6, 183-191 (2007).

The Electronic Properties of Graphene (PDF 1.87MB)? ?Reviews of Modern Physics 81, 109-162 (2009).

Two-Dimensional Gas of Massless Dirac Fermions in Graphene (PDF 322KB)? ?Nature 438, 197-200 (2005).

2、Philip Kim 和張遠波

Philip Kim?是哈佛大學物理學教授和應用物理學教授，是材料研究領域的世界領先科學家，研究領域是實驗凝聚態物理。2005年因其“在低維碳納米結構領域的創造性貢獻”獲得了Ho-Am科學獎。2009年獲得IBM學院獎（IBM?Faculty?award）。2011年獲得德累斯頓巴克豪森獎（Dresden?Barkhausen?Award）。Kim.P教授是較早從事石墨烯相關領域研究的專家。在介觀物理方向，特別是低維納米材料（碳納米管、石墨烯等）的熱電學性質以及石墨烯中的量子輸運、范德華異質結構方向的研究有著深遠的影響。

研究成果：包括2005年Kim教授的研究組發表了對石墨烯量子霍爾效應和Berry 相的觀測結果并對此進行進一步研究；隨后發現高導電透明石墨烯薄片在柔性、可拉伸、可折疊電子器件上的應用；后利用現代先進的半導體器件制造技術和開發新的材料合成、操作和表征方法來研究石墨烯中相關電子物理學的新物理現象：如對石墨烯中分數量子霍爾效應的觀察，雙層石墨烯中的霍夫斯塔德光譜的觀察，石墨烯中狄拉克流體的觀察和維德曼-弗朗茨定律的觀察等。

目前Kim.P教授發表論文200余篇，在國際頂尖期刊Nature、Science發文20余篇，h-index 82，被引頻次6萬次以上。

單篇論文被引頻次TOP5：

Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene?? ?Nature 438, 201-204 (2005).

Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes ? ? Nature?457, 706-710 (2009).

Ultrahigh electron mobility in suspended graphene ? ? Solid State Communications?146, 351-355 (2008).

Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons ? ?Physical Review Letters?98, 206805(2007).

Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics ? ? Nature Nanotechnology 5, 722-726 (2010).

張遠波，復旦大學物理系特聘教授、博士生導師。曾在Kim.P教授課題組從事實驗凝聚態物理（石墨烯）的研究，Kim.P教授最著名的石墨烯文章之一“Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene”就是張遠波教授以第一作者發表的。歸國后用六年時間完成青千、杰青和長江學者“三級跳”，他曾被愛思唯爾評為中國大陸地區物理與天文學科高被引學者榜單的第一名。研究方向為石墨烯中的量子輸運，其它低維度系統的結構和電磁性質及納米結構器件的掃描探針研究。

取得了具有國際影響力的成果：包括首次發現磷發現二維黑磷場效應晶體管表現出很高的載流子遷移率和良好的I-V特性；揭示少層黑磷能帶結構演變；實現雙層石墨烯中準自旋輸運調控；發現三層石墨烯莫爾超晶格中柵狀可調諧莫特絕緣體的證據等。

2011年回國后以通訊作者發表30余篇論文其中包括Nature1篇，Nature子刊12篇在內的國際頂級期刊。

近期進展:

?三層石墨烯莫爾超晶格中柵狀可調諧莫特絕緣體 Nature Physics?2019(15). 237–241.

新型磁性二維材料? Nature?,2018(563), 7729

3、Ruoff, Rodney?S 和朱彥武

Ruoff, Rodney?S，現任韓國蔚山國家科學技術研究所特聘教授，一直是NANO、Carbon雜志顧問。加入UNIST之前，在德克薩斯大學奧斯丁分校及美國西北大學任教。2007年被湯森路透評為世界第16位頂級材料科學家，在石墨烯基材料的研究方面是世界頂級的科學家，致力于采用金屬為催化劑，發展化學氣相沉積法制備石墨烯。

研究成果：包括對氧化石墨進行液相剝離和化學還原,成功制得石墨烯粉體；首次在銅箔的表面實現了單層石墨烯的大面積化學氣相沉積(CVD)生長；制備石墨烯基超電容器；合成基于還原氧化石墨烯和金屬氧化物的新型電極材料；制備含有化學修飾石墨烯填料的聚苯乙烯納米復合材料；開發測量原子薄膜(如石墨烯和氫氮化硼)剛度和強度以及韌性的新技術等。

Ruoff教授發表論文400余篇，在國際頂尖期刊Nature、Science發文20余篇，h-index 超100，論文總被引頻次超13萬次。

單篇論文被引頻次TOP5

朱彥武，中國科技大學化學與材料科學學院教授，博士生導師，獲2011?年度Scopus“青年科學之星”銅獎，2012年獲教育部“新世紀優秀人才”，2017年獲亞太經合組織科學創新研究與教育獎。2008?年在美國德克薩斯大學奧斯丁分校Ruoff教授課題組進行博士后研究，2011年8月加入中國科學技術大學。主要從事石墨烯等新型碳材料的合成與性能表征，基于新型碳材料的高性能儲能裝置(超級電容器、鋰離子電池等)及二維系統的光電轉換。

研究成果：包括制備了直接激光寫入（DLW）技術高效地制備出多層石墨烯基柔性超級電容；制備了石墨烯微米管支架的鋰離子電池負極材料提高金屬鋰利用率及庫倫效率（約為97%）；發現大尺寸制備石墨烯、氧化石墨烯薄膜的新方法；證實單層石墨烯高儲鋰的來源和機理及發展新型三維碳材料體系并研究其在能量存儲與轉化中的潛在應用。

在Science、Advanced?Materials、Nano?Letters等國際著名學術刊物發表論文100余篇，論文總被引頻次超2萬次。

近期進展：

用于單層石墨烯上鋰離子存儲的操作探測? Adv. Mater. 2019, 1808091

三維石墨烯薄膜能夠同時為應變傳感器提供高靈敏度和大拉伸能力Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1803221

4、石高全和曲良體

石高全，教育部長江特聘教授，“973”項目首席科學家，清華大學化學系教授。獲得中國化學會-巴斯夫“青年知識創新獎”、、國務院政府特殊津貼（2005）、教育部高等學校優秀研究成果（自然科學）一等獎、國家自然科學基金二等獎多次。近年來在石墨烯的化學合成與功能化等方面從事了系列研究工作，特別是在石墨烯增強高分子復合材料，石墨烯修飾電極以及共軛分子修飾石墨烯等方面取得了很大進展。

研究成果：率先開展了化學修飾石墨烯溶液組裝行為、三維組裝結構與性能的研究，制備了系列具有多維度、多級次微結構的石墨烯塊體材料，并探索了其應用；建立了制備化學修飾石墨烯復合材料的新策略，揭示了復合組份與石墨烯片間的協同作用機理，為開展石墨烯復合材料研究開辟了新方向。

至今發表SCI論文300余篇。發表與石墨烯相關的SCI論文115篇，包括在Science, J. Am. Chem. Soc., Chem. Soc. Rev.,等國際一流刊物上。石高全教授雖因病去世，但對石墨烯二維材料的發展起到不可磨滅的作用，在此深表懷念。

曲良體，長江學者特聘教授，?2001年進入清華大學攻讀博士學位，師從化學系長江特聘教授、“973”項目首席科學家石高全教授。后跟隨碳納米管領域著名化學家戴黎明教授從事博士后研究，在國際頂級或高水平學術期刊上發表很多優質論文。例如在 Science 雜志發表的研究成果：Carbon nanotube arrays with strong shear binding-on and easy normal lifting-off，開啟了納米仿生領域的新篇章。?

研究成果：包括發現了可以作為電子受體材料的石墨烯量子點；又首次獲得了氮摻雜的具有獨特發光特性的石墨烯量子點；以石墨烯氧化物為原料，采用簡單的水熱限域組裝法獲得了低密度高強度的石墨烯纖維，兼具有磁性和光電響應；成功制備出多功能的石墨烯微管結構；制備石墨烯三維網絡結構的超輕三維石墨烯框架結構；構筑了多金屬催化系統和高度可壓縮的超級電容器件等。

在Science、Nature?Energy、Energy Environmental Science等國際著名學術刊物發表論文70余篇。

最新進展：???

石墨烯水凝膠??Adv. Funct. Mater. 2019, 1901917

具有高可折疊性和導電性的仿生石墨箔? Small Methods 2019(3).1800282.

5、劉忠范和彭海琳

劉忠范，北京大學納米化學研究中心創始主任，中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長，中國石墨烯領域領軍人物。國家攀登計劃(B)、973計劃和納米重大研究計劃項目首席科學家，Adv Mater 、ACS Nano，Small等國際期刊編委。主要研究方向為石墨烯及其二維雜化材料的CVD生長、能帶工程與新原理器件；碳材料化學；新型納米光電器件與可穿戴技術。二維原子晶體材料及其光電性質。

研究成果：發明了本征無污染的超潔凈石墨烯薄膜生長方法，實現了超級石墨烯玻璃的生長技術突破，新一代烯碳光纖的研制及致力于推進石墨烯的產業化核心技術研發工作并不斷取得重要突破。

發表學術論文560余篇包括Nature、Nature Mater.、Nature Commun，申請中國發明專利100余項。

單篇論文被引頻次TOP5

彭海琳，北京大學理學博士（師從劉忠范院士），斯坦福大學博士后（合作導師：崔屹教授）。2009年回北京大學任教，北京大學博雅特聘教授，國家杰出青年基金獲得者。北京大學化學與分子工程學院副院長，北京石墨烯研究院（BGI）院長助理。主要從事二維材料（石墨烯、拓撲絕緣體納米結構等）的制備方法、化學修飾與光電器件加工技術。

研究成果：開創了拓撲絕緣體在柔性透明電極的應用；發展了二維疊層同質或異質結構的范德華外延生長方法，實現了AB 堆垛雙層石墨烯大面積范德華外延；創造了石墨烯單晶生長速度的世界紀錄，實現了4英寸無褶皺石墨烯單晶晶圓、大面積石墨烯薄膜的連續批量制備和綠色無損轉移；實現了旋轉雙層石墨烯光電器件研制、單晶石墨烯PN結的調制摻雜和“光熱電”機制的高效能量轉換。2010年已來發表論文130余篇（含Science和Nature子刊10余篇，JACS、Nano Lett.、Adv. Mater.、PRL 50余篇），他引超10000次，授權專利14項和申請專利35項。（部分論文和導師有重疊）

最新進展：

超潔凈石墨烯的制備 Nature?Communications (2019) 10.1912.

本征石墨烯的不對稱性產生光電流? Nature Nanotechnology2019(14). 101–106.

6、成會明和任文才

成會明，中國科學院院士、沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部主任，清華-伯克利深圳學院低維材料與器件實驗室主任。負責多項國家自然科學基金、863新材料領域項目及973能源領域項目。在Science、Nature及子刊、Adv. Mater.等國際刊物上發表學術論文600余篇。是科睿唯安公布的2014年和2015年化學和材料科學兩個領域的高引用學者之一，獲得發明專利100多項。Energy Storage Materials、Science China Materials主編。

單篇論文被引頻次TOP5

任文才，中國科學院金屬研究所博士（師從成會明院士），研究員、國家杰出青年科學基金獲得者、入選中青年科技創新領軍人才。博士畢業后一直從事石墨烯研究，在石墨烯的生長機制、大尺寸單晶石墨烯與高導電性石墨烯三維網絡結構材料的控制制備、以及石墨烯材料的光電、儲能等應用方面取得了一系列創新成果。

石墨烯相關的大多數研究是和成會明院士一起開發的，來看一下他們的研究成果：提出并選用了獨特結構的基體，采用CVD方法制備出三維連通網絡結構的石墨烯材料，被評為2011年度"中國科學十大進展"；實現了毫米級高質量單晶石墨烯的重復制備與無損轉移；發展出低成本大量制備高質量石墨烯的新方法；揭示了石墨烯的場發射性能及石墨烯與氧化物的協同儲能效應，開拓了在柔性儲能器件中的應用；研制出石墨烯基彈性導體、高靈敏傳感器、高效熱管理材料、輕質電磁屏蔽材料和高倍率柔性鋰離子電池等。

最新進展：

在石墨烯泡沫中排列的石墨烯納米片對高性能導熱復合材料的協同效應Adv. Mater. 2019(31).1900199.