石墨烯相关论文参考文献

石墨烯相关论文参考文献

石墨烯(Graphene)：是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收的光”;导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。 石墨烯的用途： 纳电子器件方面 2005年，Geim研究组[3 J与Kim研究组H 发现，室温下石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率(约10 am /V·s)，并且受温度和掺杂效应的影响很小，表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性(300 K下可达 m)，这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势，使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势。此外，石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好的稳定性和电学性能，使探索单电子器件成为可能。 利用石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率，并且提高电池容量。自我装配的多层石墨烯片不仅是锂空气电池的理想设计，也可以应用于许多其他潜在的能源存储领域如超级电容器、电磁炮等。此外，新型石墨烯材料将不依赖于铂或其他贵金属，可有效降低成本和对环境的影响。 代替硅生产超级计算机 科学家发现，石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料。石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。高频电路是现代电子工业的领头羊，一些电子设备，例如手机，由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然而手机的工作频率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出现，高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。 光子传感器 石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的，现在，这个角色还在由硅担当，但硅的时代似乎就要结束。去年10月，IBM的一个研究小组首次披露了他们研制的石墨烯光电探测器，接下来人们要期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了。因为石墨烯是透明的，用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性。 基因电子测序 由于导电的石墨烯的厚度小于DNA链中相邻碱基之间的距离以及DNA四种碱基之间存在电子指纹，因此，石墨烯有望实现直接的，快速的，低成本的基因电子测序技术。 减少噪音 美国IBM 宣布，通过重叠2层相当于石墨单原子层的“石墨烯(Graphene)”，试制成功了新型晶体管，同时发现可大幅降低纳米元件特有的1/f。石墨烯，试制成功了相同的晶体管，不过与预计的相反，发现能够大幅控制噪音。通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合，从而控制噪音。噪声。 隧穿势垒材料 量子隧穿效应是一种衰减波耦合效应，其量子行为遵守薛定谔波动方程，应用于电子冷发射、量子计算、半导体物理学、超导体物理学等领域。传统势垒材料采用氧化铝、氧化镁等材料，由于其厚度不均、容易出现孔隙和电荷陷阱，通常具有较高的能耗和发热量，影响到了器件的性能和稳定性，甚至引起灾难性失败。基于石墨烯在导电、导热和结构方面的优势，美国海军研究试验室(NRL)将其作为量子隧穿势垒材料的首选。未来得石墨烯势垒将有可能在隧穿晶体管、非挥发性磁性记忆体和可编程逻辑电路中率先得以应用。 其它应用 石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌T恤;用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的万英里长太空电梯成为现实。 参考文献：石墨烯 -

通常我们将具有原子厚度的二维碳材料，称为石墨烯,石墨烯(Graphene)，这是一种二维晶体，厚度只有一个原子的直径，但是它比钻石还硬，传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。

,附上论文题目，里面有提及《石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用》胡耀娟 金 娟 张 卉 吴 萍 蔡称心

楼主可以参考这篇论文，希望对您有帮助。

石墨烯膜的应用论文参考文献

,附上论文题目，里面有提及《石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用》胡耀娟 金 娟 张 卉 吴 萍 蔡称心

单层理论，实测AFM时小于1nm都可以接受。

石墨烯（Graphene）由于结构独特、性能优异、理论研究价值高、应用远景广阔而备受关注，是已知的世上最薄、最坚硬、柔韧性最好、重量最轻的纳米材料。在其广泛的应用中，石墨烯发热膜的应用具有柔性强（可随意揉搓），硬度强（比钻石还硬），高导电导热（电热转化率接近100%）等优异性能。比如应用于柔性触摸屏、太阳能电池、OLED等透明导电领域。在这里我们所讲的石墨烯发热膜的应用主要是两种：石墨烯高导电柔性复合膜，如下图1（石墨烯发热画、石墨烯发热服、石墨烯理疗护具）和石墨烯透明发热膜，如下图2 图1：石墨烯高导电柔性复合膜图2：石墨烯透明发热膜 石墨烯发热画 石墨烯发热画采用了‘黑科技’材料石墨烯高导电复合膜作为发热核芯，石墨烯发热膜的应用在发热画上体现的非常突出和优秀。发热速度极快，画的表面温度能在一分钟内达到几十上100℃，其电热转化率接近100%。除了石墨烯发热膜的应用外，发热画的画面釆用特殊工艺和材质制成，除有装饰的艺术美感外，在发热时还释放出有益于人体健康的远红外光波，热能辐射率达87%以上，这是目前其他任何材料所无法相比的。让室内的人体犹如置身无风“冬日暖阳”一样，取暖保健兼得。区别于空调、油汀、地暖等传统的取暖设备，石墨烯发热画更舒适、更节能、不干燥、无噪音、既不缺氧也无光污染等特点，是科技改变生活的经典创新之作。 应用场景 茶楼、咖啡馆、图书馆等休闲场所及医院、学校等清洁取暖需求；居家取暖的升级换代需求；智能健康家居生活系列需求等。 石墨烯发热服 传统服装除了遮体保温之外，只剩品牌价值了，鲜有科技含量高的产品出现。医家智烯通过技术研究，针对极寒地区、冬春季户外人士、体质虚寒人群及冬季爱美人员，在石墨烯发热膜的应用领域自主开发了高科技智能发热服饰。将石墨烯复合薄膜制成高效导电导热柔性发热内芯，与日常服饰完美结合。石墨烯发热膜的应用给传统服饰带来的革命性的改变。升温速度极快，数秒内可至40摄氏度及以上，并且安全低电压下（5V）可控恒温持续3至5个小时。通过三档智能温控，穿着者即可自我调节服装内芯至舒适的温度。石墨烯在发热过程中还高效释放出对人体健康有益的8~15μm波段远红外生命光波，保暖养生一体。为人们生活带来更好享受，从此冬季温暖随身、风度温度兼得。 应用场景 铁道、电力、交警、演员、寒冷地区戍边部队等户外保暖需求的工作人员，可进行行业服装定制开发。年老体弱、冬春季节怕冷人士的保暖需求。商务及爱美人士的冬季“风度+保暖”需求等。 （医家智烯的石墨烯发热服即将上市） 石墨烯理疗护具 通过石墨烯发热膜的应用技术，利用石墨烯柔性发热膜材质高效导电导热特性，采用超低安全电压（5v）供电，发热升温迅速。高达87%的电热辐射率释放出8―15μm的适合人体健康需求的远红外生命光波，保暖理疗兼得。石墨烯发热膜的应用针对许多人冬春季节受寒怕冷以及颈、肩、腰背、双膝风湿酸痛等疾患而设计制造。采用智能温控调节温度至舒适感觉，通过智能传感收集人体健康数据信息，实现对身体的发热保温、运动保护、康复理疗和健康管理等多重作用。为体质虚寒的亚健康人群及慢病康复者，带来舒适的贴心感受。智能可穿戴，方便实用；贴身有爱，更有我的温暖。 应用场景 中老年人群及重体力劳动者、武术运动员等的保健理疗需求及慢病康复（颈肩腰椎疼痛、风湿膝关节炎及退行性病变等）；女性生理保健需求（痛经、肠胃不适、产后康复等）；久坐及办公室亚健康人群理疗需求（肩颈、腰背理疗，眼部护理等）等。 石墨烯发热膜的应用：透明发热膜 石墨烯优异的导电性能和超高的透光性能使其可应用于透明电极、太阳能电池电极、液晶显示等领域。目前应用于液晶显示、太阳能电池电极的主要是ITO、FTO（掺氟氧化锡），这类材料导电性好、对光透明，是很好的电极材料。然而这种利用金属氧化物镀膜的方法，也开始出现各种各样的问题，主要表现在： 1.地球上可利用的铟元素比较有限，估计10年之内可能耗尽，导致成本比较高； 2.这类材料在酸或碱的环境下不是很稳定，容易造成薄膜的脱落，可应用的范围受限； 3.离子很容易扩散到聚合物层； 4.这类材料在近红外光区域的透光性比较有限，即当光波长大于1200nm时，透光率显著下降，从而导致太阳光不能被充分利用； 5.由于FTO结构上的缺陷导致电流泄露。 基于以上原因，人们开始寻找一种新型的电极材料，要求具备较高的稳定性、高透光率和良好的导电性。此时，石墨烯发热膜的应用开始被广泛关注。理想单层石墨烯的透光率和导电率分别为98%和约100Ω/sq，适合用作透明导电材料。与传统的氧化铟锡和掺氟氧化锡电极相比，石墨烯薄膜具有较高的力学强度、柔韧性，较好的化学稳定性。 石墨烯发热膜的应用在物理、化学和力学性等方面的优势，能使其成为很多领域的宠儿，与石墨烯的制备一样，石墨烯发热膜的应用也是目前研究的热点。作为石墨烯最接近实用化的应用之一，透明导电薄膜有望成为目前普遍使用的ITO的替代材料，用于触摸板、柔性液晶面板、太阳能电池及有机EL(Electroluminescence，电致发光）照明等。石墨烯发热膜的应用和透明导电薄膜备受期待的原因在于石墨烯载流子迁移率较高且厚度薄。一般而言，高透明性与高导电性是相互矛盾的。从这一点来看，ITO正好处在透明性与导电性的此消彼长（Trade-off）关系的边缘线上（如下图）。 而石墨烯发热膜的应用在理论上有望避开这种此消彼长的关系成为理想的透明导电膜。石墨烯的高载流子迁移率使其容易透过更宽波长范围的光，但导电性不受影响。因此，石墨烯薄膜有望成为划时代的透明导电膜。此外，与不适于弯曲的ITO相比，石墨烯薄膜还具备柔性好的优势。 石墨烯的超薄与高透明性，使得以其作为电极的导电基板比其他材料具有更优良的透光性，可取代透明导电的ITO电极用于有机太阳能电池。这些薄膜还可用于取代显示屏中的硅薄膜晶体管。石墨烯运送电子的速度比硅快几十倍，因而用石墨烯制成的晶体管运行速度更快、更省电。此外，触摸面板制品也不断问世。不仅如此，大尺寸石墨烯的制备方法完全适合于工业生产，而且相比于传统方法成本降低很多。

石墨烯研究论文

关键词属于主题词中的一类。主题词除关键词外，还包含有单元词、标题词的叙词。主题词是用来描述文献资料主题和给出检索文献资料的一种新型的情报检索语言词汇，正是由于它的出现和发展，才使得情报检索计算机化(计算机检索)成为可能。主题词是指以概念的特性关系来区分事物，用自然语言来表达，并且具有组配功能，用以准确显示词与词之间的语义概念关系的动态性的词或词组。技巧—：依据学术方向进行选题。论文写作的价值，关键在于能够解决特定行业的特定问题，特别是在学术方面的论文更是如此。因此，论文选择和提炼标题的技巧之一，就是依据学术价值进行选择提炼。技巧二：依据兴趣爱好进行选题。论文选择和提炼标题的技巧之二，就是从作者的爱好和兴趣出发，只有选题符合作者兴趣和爱好，作者平日所积累的资料才能得以发挥效用，语言应用等方面也才能熟能生巧。技巧三：依据掌握的文献资料进行选题。文献资料是支撑、充实论文的基础，同时更能体现论文所研究的方向和观点，因而，作者从现有文献资料出发，进行选题和提炼标题，即成为第三大技巧。技巧四：从小从专进行选题。所谓从小从专，即是指软文撰稿者在进行选则和提炼标题时，要从专业出发，从小处入手进行突破，切记全而不专，大而空洞。

如今他为中国做出了巨大的贡献，而且通过自己的努力将事业发展的非常好，现在也过得非常的幸福。

如今这个天才已经成为了我国中国科学院的院士，为我国的科技发展默默地贡献出自己的一份力量。

在材料学科上，要求学生掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，了解材料科学的发展前沿。下文是我为大家搜集整理的有关材料学的论文范文的内容，欢迎大家阅读参考!

论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成

石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料，因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性，引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9]，这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.

另一方面，PANI作为典型的导电高分子之一，由于合成容易，环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料，由于纳米效应不但能提高材料固有性能，并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容，其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而，当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能，为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性，人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].

作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO，化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能，但也在一定程度上钝化了PANI [13]，另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.

基于以上分析，首先使PANI和GO相互分散和组装，借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料，以期获得高性能的超级电容器电极材料.

1实验部分

原材料

苯胺(AR， 国药集团)，经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS， AR， 湖南汇虹试剂);草酸(OX， AR， 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB， AR， 天津市光复精细化工研究所).

的制备

PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14]，制备过程如下：把250 mL去离子水加入三口烧瓶后，依次加入 g CTAB， g 草酸以及 mL苯胺，在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后，往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液，同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性，随后30 ℃真空干燥24 h. 的制备

采用Hummers法制备GO，具体过程如下：向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目)，加入5 g硝酸钠固体，搅拌下加入220 mL浓硫酸，10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾，在冰水浴下搅拌120 min，再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min，然后向瓶中滴加460 mL去离子水，同时将水浴温度升至95 ℃，保持95 ℃搅拌60 min，再向瓶中快速滴加720 mL去离子水，10 min后加入80 mL双氧水，过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中，加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸，趁热抽滤，随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min，得氧化石墨烯溶液.

复合材料制备

按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的 mg/mL 的GO溶液混合，使混合液总体积为30 mL， GO在混合液中的最终浓度为 mg/ mL，磁力搅拌10 min后，将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出，用去离子水洗涤产物直至洗液无色后，于60 ℃真空干燥24 h，待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5，10以及15，相应命名为PAGO5，PAGO10和PAGO15，对应的PANIF质量为75 mg，150 mg和225 mg.

仪器与表征

用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后，用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.

电极制备和电化学性能测试：将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液，将其均匀地涂在不锈钢集流体上，在10 MPa压力下压片，之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中，使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片(Pt)作为对电极，在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试，电势窗为～.

比电容计算依据充放电曲线，按式(1)[15]计算：

Cs=iΔtΔVm.(1)

式中：i代表电流，A;Δt代表放电时间，s;ΔV代表电势窗，V;m代表活性物质质量，g.

2结果与讨论

形貌表征

图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后，从低倍的SEM(图1(c))可以看出，PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合，且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知：成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.

分析

图2为PANIF，GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1，1 500 cm-1，1 305 cm-1，1 144 cm-1，829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰，它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图，在3 390 cm-1， 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H，C=O键振动，1 550～1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16]，可以看出，GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图，与GO，PANIF谱图比较， 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现，这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO，另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.

电化学性能分析

图4为样品的CV曲线，其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图，可以看出，4个样品均出现明显的氧化还原峰，这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变，表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线，由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加，在扫描速率为1 mV/s时，PAGO10电极的比电容为 F/g.

图5为PANI，PAGO5，PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图，由图可知：4种样品均有明显的氧化还原平台，这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线，借助式(1)，计算了4种样品在不同电流密度下的比电容，结果如图5(b)所示，很明显，相同电流密度下PAGO10比电容最大，当电流密度为1 A/g时，其比电容为517 F/g，这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为 A/g时，比电容分别为 261和495 F/g)[18-19]， 而PANIF比电容最小，仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右，这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时，紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚，增加了电极/电解质接触面积，从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径，对样品进行了交流阻抗测试，图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知：在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区，电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5

值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区，直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制，并且PAGO5所展现的直线斜率最大，说明其电容行为最接近理想电容，即频响特性最好，这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.

氧化还原反应的发生，导致PANIF具有十分高的赝电容，但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩，导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此，对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示，PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后，电容保持率为77%，而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为，这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外，rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接，降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩，使得链段不容易脱落或者断裂，从而PAGO10具有出色的循环稳定性.

3结论

采用自组装的方法，经水热反应，制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现，rGO与PANIF紧密连接;而且，当PANIF与GO质量比为10∶1时，复合材料展现了最佳的电化学性能，当电流密度为1和10 A/g时，其比电容分别为517， 356 F/g.从上可知：合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能，从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.

浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用

1 概述

随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2(Cr，S)O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。

发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：

我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：

这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。

2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制

研制思路

目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。

试验与研究

铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含和。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为，莫氏硬度为。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：

为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：

原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。

铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。

产品的性能

结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐

火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。

强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。

具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。

产品的应用

新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。

3 结论

石墨烯折叠毕业论文

天才曹原发了五篇nature。2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现。值得关注的是，本次两篇Nature论文的第一作者、麻省理工学院博士生曹原来自中国。这名中科大少年班的毕业生、美国麻省理工学院的博士生发现：当两层平行石墨烯堆成约°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。这一发现轰动国际学界，直接开辟了凝聚态物理的一块的新领域。有无数学者试图重复、拓展他的研究。2020年5月6日，曹原再次背靠背连发两篇Nature，在魔角石墨烯取得系列新进展。其中一篇Nature，曹原是第一作者兼共同通讯作者；另一篇Nature，曹原为共同第一作者。2021年2月1日，曹原又发《Nature》，这是他发在这家全球顶尖学术期刊上的第5篇论文。

在《自然》上发表文章是非常光荣的，《自然》上的文章会经常会被引用。这有助于晋升、获得资助和获得其它主流媒体的关注。所以科学家们在《自然》或《科学》上发表文章的竞争非常激烈。与其它专业的科学杂志一样，在《自然》上发表的文章需要经过严格的同行评审。在发表前编辑选择其他在同一领域有威望的、与作者无关的科学家来检查和评判文章的内容是否正确有效。作者要对评审做出的提问与质疑给予处理，如更改文章内容，提供更多的试验结果，否则的话编辑可能拒绝该文章，从而不能发表。

而现代科学的发展，基本发端于西方，几百年来西方科学在全球也一直占据着主导地位。像《科学》、《自然》、《细胞》、《柳叶刀》等，全球有影响力的杂志期刊都在西方，而全球一流的科学家也都在西方，包括评判科学发展的评价体系也是由西方提出并打造出来的。科学是同行评价体系，如果一个顶尖的研究脱离了同行的评价体系，其成果和地位就很难在业界认可。

所以说，如果你能在nature上面发表文章的话，说明你在这一领域有非常深的认识，研究和了解，并且能够在这个领域创造属于自己的价值，推动这一领域的研究和发展。

自古英雄出少年，而我们今天要讲的这位少年，他14岁就进入了中科院，在破解了世界都感觉到为难的题目之后，他拒绝了美国的好意，决定回国报效国家，觉得国家才是他的归宿，那么让我们来了解了解他到底是谁吧。

我们今天这个主人公的名字叫做曹原，很多人都从报纸上了解过，他都说他是天才少年，而在2020年的五月，自然就连续刊登了这位少年的两篇论文，在论文里面我们可以看到这位少年的智商和眼光到底是到了什么样一个地步，这两个论文都是关于石墨烯研究的论文，在石墨烯研究的论文里面，除了之前一些哥伦比亚的学者发表过文章之后，石墨烯的研究已经搁置了，因为他们发现这段研究太过于困难，所以没有什么人在这个领域获得比较高的成就。

而我们的英雄少年在发现石墨烯一些东西之后就立马的疯狂了，他陷入了石墨烯的研究范围，并且痴心于这个石墨烯研究，在2020年的时候发表了两篇论文，一经发出引起了许多人的关注，这可是石墨烯呀，所有人都要抢夺的资源，在这位英雄少年的论文里面，很多观点都突破了原来固有的观念而形成了新的观念，在这些观念中给其他科学家造成了一定的冲击，也给石墨烯的研究造成了冲击，在100年之后没有想到人有人会对石墨烯研究的这么透彻。

许多人都想去了解这个英雄少年到底是经历了什么能够在自然连续发表两篇论文，我们了解到在自然的报纸刊登中，里面的论文都是举足轻重的，自然的一篇论文在当时可谓是黄金万两。

但是在自然中，我们的这位英雄少年却不只是在2020年发表了这篇论文，在2018年的三月份而这位英雄少年也是连续发表了两篇论文。因为内容太过震惊，而论文的观点也是突破了固有的观念，在当时自然都来不及排版就将他的论文发表出去，这两篇论文也激发了科学家的一阵震动。就是因为这两篇论文的诞生，而一个新兴的领域就诞生了，这个新兴的领域是由我们的英雄少年所开创的。

超导体被发现之后石墨烯已经沉寂了太久了，而这两篇的论文发表让一些挠破了头研究石墨烯的科学家展开了笑颜。在九六年出生的这个英雄少年叫做曹原，他来自于美丽的四川成都，而因为自己父母工作的关系，他跟随自己的父母到达了深圳，在深圳的耀华实验学校，他经受住了一些超前教育，而这些超前教育让他就自己的兴趣而了解到了更深的领域，因为自己学校和父母的支持，他小小年纪就开始捣鼓电子器具，而在电子器具发生一些改变之后他就更喜欢了。

头一次在做这些东西的时候，学校和父母都给了他很大的支持，甚至他将妈妈的金银手镯拿去提炼他所需要的物质，妈妈也是没有责怪他一句，甚至在家里面都给他办起来实验室。在学校和父母的帮助下，他学习到了很多东西，最后以699分的高分在14岁的时候就进入了少年班。

这个少年班是由中国科学技术大学开办的严济慈物理英才班，里面都是由天才组成的，在2014年的时候，他在中科大本科生大放异彩，获得了最高的荣誉后进入了麻省理工学院。再后来他发表两篇论文之后，麻省理工和美国都想留住这位英雄少年，并且想让这名少年留下来为美国做事情，但是这位少年心系国家，在美国的诱惑下他不曾所动，他只说我要回家的，我要回家报效祖国的。

来源丨DeepTech深 科技 （ID：deeptechchina）

作者丨杨一鸣

近日，中国科学院高鸿钧团队传出喜讯，他们实现了 在石墨烯上高精度的结构制作，精度已经达到了原子的级别。

这样的研究成果不仅显示了研究团队对于纳米结构制作的高超技术，也再次将石墨烯这一纳米器件制作平台推到了科学研究的最前沿，对于可控制造特殊性质的纳米器件，例如量子器件，有重要研究意义。

此项成果以论文的形式发表于 9 月 6 日的 Science 杂志上，高鸿钧院士对DeepTech 表示，在本次工作中，团队利用课题组长期积累的扫描隧道显微学原子操纵技术，实现了原子级精准的石墨烯可控折叠，目前也在尝试六方氮化硼等其他二维材料的可控折叠，以及利用原子级精准的可控折叠技术，构筑更为复杂的二维纳米结构。

据介绍，高鸿钧课题组长期致力于石墨烯的制备、物性研究及潜在应用，是国际上最早的在金属衬底上外延生长高质量、大面积石墨烯的课题组之一。

图 | 麻省理工 科技 评论

在这次重要突破中，如此精细的原子级制作，必定使用了非常高深难懂的手法吧！其实不然，文章的第一作者是来自中科院的陈辉、张现利和张余洋，他们在文中用的词汇是“Origami”——折纸艺术。

事实上，他们只是用 STM（扫描隧道显微镜）将石墨烯折叠了一下。没错，他们登上 Science 的文章，仅仅是将一小块石墨烯折叠了一下，得出了很奇妙的现象。

这种反差萌其实和石墨烯的特色发迹史一脉相承，石墨烯于 2004 年由英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）发现。当时获取石墨烯的方法名称很响亮：“机械剥离法”，也就是从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。

而他们也因为对于石墨烯研究的卓越贡献，于 2010 年被授予诺贝尔物理学奖，那年的诺奖也被称为是“用胶带撕出来”的。只能说我们身边的科学有很多是源于生活，而高于生活的。

折纸艺术 | pixabay

一直以来，石墨烯都被认为是“新材料之王”，这种特殊的材料，也是科学家发现的首批二维材料之一，是由碳原子以 sp² 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。

石墨烯突出的特点是，高载流子迁移率、强度高、带隙可调等，是半导体研究、纳米材料研究的热点材料。

其次，石墨烯是制作一系列纳米材料的“母体”，我们能够以石墨烯为“出发点”，制作一系列有独特特性的材料，例如像足球一样的“富勒烯”，可以认为是由石墨烯的片段卷积而成；还有“碳纳米管（CNT）”，可以认为是用石墨烯“卷”起来的。最近，MIT 的研究团队基于碳纳米管制作了一款具有超过 14,000 个晶体管的 16 位微处理器，刚刚登上 Nature 期刊。而按照不同的角度“卷”起来的碳纳米管，它们会有不同的物理特性。

那么，如果能够精确控制制作工艺，在石墨烯这个平台上制作我们想要的纳米材料就具有十分重大的研究意义和广阔的应用前景了，也能为 探索 石墨烯的新性能打开新方向。

如何实现精细操作呢？研究团队选择了可能是当今世上最精贵的仪器——“STM（扫描隧道显微镜）”进行操作，这种基于“量子隧穿效应”的仪器也是当今世上最精密的测试仪器之一，能够 通过仪器中原子尺寸级别的探针与样品之间的相互作用来实现“原子操纵（Atomic Manipulation）”，即对单原子进行移动，并以此制作纳米结构。

曾登上化学高考试题的“中国”，由我国科学家在 199 3年首次利用超真空扫描隧道显微镜技术，在一块晶体硅（由硅原子构成）的表面直接移动硅原子写下了“中国”两字

选择了石墨烯，选择了利器 STM，研究人员就放开手脚大干了一场。他们首先使用 STM 将一小块石墨烯（原文是 graphene island，即石墨烯小岛），进行折叠和展开操作，折叠方向可以是随机的，也可以是精确控制沿着指定方向进行折叠。

这一次的折叠，是当今世界上最小的一次对石墨烯的折叠，并且不仅能折叠，还能复位，如果没有十分精确的控制是不可能完成的。

高鸿钧解释道：“单纯的折叠和复原其实比较快，就是在秒的量级。但是为了实现原子级精度的可控折叠，需要首先在高定向裂解石墨上获得合适尺寸的石墨烯纳米片，我们目前使用的是氢离子轰击技术，一般需要 10 个循环的氢离子轰击，这个过程需要 10 个小时左右。一旦有了我们设计尺寸的石墨烯纳米片，折叠和复原就可以很快，并且成功率也很高，可重复性也非常好。”

STM实现的石墨烯折叠和复原 | Science

接着，研究团队在折叠处发现了具有特殊性质的结构——“褶子”，研究团队将其称为“1D tubular”，如上图中 C 和 D 所示，清晰地记录了这个结构的高度尺寸。他们发现这个结构和碳纳米管结构很类似，都是石墨烯卷起来一样的，那么它的性质会是怎样的呢？

电学测试表明，与碳纳米管类似，这样的结构具有一维材料的特性，电子在这种结构上只能做一维的运动，即向前或者向后。

高鸿钧

但是，该结构与传统碳纳米管相比也略有不同，对此高鸿钧解释道：“利用石墨烯折叠出来的 1D tubular 结构与传统的 CNT 相比，有着自身的特点。从原子结构角度来讲，折叠出来的 1D tubular 是一个非闭合结构，这种非闭合结构也会对其电子结构造成影响，我们的理论计算表明，1D tubular 除了具有传统 CNT 的 1D van Hove 奇点特征以外，还具备一些有限尺寸石墨烯片的电子结构特点。”也就是说， 1D tubular 是利用石墨烯卷起来的非闭合结构，它既有碳纳米管的一些特性，也具有石墨烯的特性。

于是高鸿钧团队开始考虑如何利用这种结构制作器件，根据石墨烯具有的“双晶”特性，他们首先尝试了“ 异质结 ”器件（一个器件由两种不同性质材料组成）的制作。

石墨烯折叠形成 | Science

所谓“双晶”特性，就是一层石墨烯上可能会出现两种排列方向不同的蜂窝结构，即使都是六边形，就好像是用两张饼拼成了一张饼一样（如上图中的 A）。换一种说法，我们也可以认为是在一层双晶石墨烯上能存在两种不同属性的石墨烯，也就是两种不同的材料。

如果我们能够以一种可控的方式将这层双晶石墨烯以一定的角度折叠起来，那么在折叠的地方就能出现两种材料的界面，也就能形成异质结的结构。

这种处于一维结构上的异质结可能会显示出不一样的电子特性，例如文章中报道的局部电子奇点等，也许会成为新型一维器件的制作方式。

对于材料的应用，高鸿钧充满自信地表示：“如果利用双晶石墨烯片进行可控折叠，可以得到传统 CNT 研究中科学家一直想要获得的结构可控的一维纳米线异质结，这样的一维纳米线异质结两端的电子结构可以相差很大，通过精心设计，可以做成传统半导体器件中的 pn 结，进而构建更加丰富的信息功能器件”。

本文经授权转载自 DeepTech深 科技 （ID： deeptechchina ），如需二次转载请联系原作者

欢迎转发到 朋友圈 。

果壳

ID：Guokr42

整天不知道在科普些啥玩意儿的果壳

我觉得你应该 关注 一下

情况挺好的，工作非常的顺利，很坚持自己的事业，取得了很多成绩，生活也非常的幸福美满，状态挺好的，令人很羡慕。

氧化石墨烯学位论文

氯磺酸可以“溶解”石墨形成石墨烯，这也是少数石墨发生溶解（分散成单层石墨烯）的情况，与之相对应的是，通过强还原剂金属钾插入石墨据说也可以实现美国莱斯大学和以色列理工学院的科学家们找到了一种可使用化学溶液大批量制造出高纯度石墨烯的方法。研究人员表示，这有望大大降低具有广泛用途的炭素复合材料和触摸屏的生产成本，也将推进基于纳米技术的新材料的研发。相关研究成果发表在《自然·纳米技术》杂志网络版上。石墨烯是单层原子厚的石墨薄片。2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆等人，使用胶带从石墨晶体上一层层剥离并制备出了仅由一层碳原子构成的石墨烯。石墨烯是已知最坚固的材料之一，且作为单质，它在室温下传递电子的速度比其他已知导体都快，具有很好的导电性，因此在太阳能电池、传感器等方面具有广泛的应用。自问世之日起，石墨烯就引起了全世界的研究热潮。研究论文的作者之一、莱斯大学化学和分子生物学家马特奥·帕斯夸里表示，石墨能够溶解在一种名为氯磺酸的超强酸中。研究人员在测量溶液时惊喜地发现，石墨中单个的石墨烯薄层会在溶液中自然剥落开来。帕斯夸里表示，目前，有很多高效的方法可以制造氧化石墨烯，其导电性与石墨烯相比相形见绌，而制造纯粹的石墨烯的方法还比较少，而且效率都不高，利用新方法则可得到大量纯石墨烯。该研究团队表示，每升酸溶液中可溶解两克石墨烯。使用高浓度的、含有石墨烯的溶液，科学家们制造出了透明的薄膜。该导电薄膜制成的触摸屏成本要低于目前智能手机上使用的触摸屏。此外，研究人员还利用该方法制造出了液晶。石墨烯不仅可用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的万英里长太空电梯成为现实。该论文的另一个作者、美国莱斯大学的化学家詹姆士·图尔表示，如果这种方法被证明可用以成批制造石墨烯光纤，将能降低超坚固炭素复合材料的成本，炭素复合材料在航空航天、汽车和建筑等领域具有广泛的用途。

原文来源于：西湖大学WestlakeUniversity 原文链接： Undergraduate: I want papers, more papers,more more : I want papers, more papers, : I want HIJ (High Impact FactorJournal) papers.如果你也学化学，如果你也搞科研，看到这样的心路历程，是不是代入感很强？这是西湖大学工学院材料科学讲席教授黄嘉兴，在成为一名独立PI之前对于发表论文这件事的心态变化。在西湖大学，不管是遴选学术人才还是面试博士新生，我们都曾强调“不唯论文”。然而，每一个科学发现、每一次成果转化的背后，都离不开一篇篇学术论文的支撑。不唯论文，不代表不看论文，更不代表不发表论文。那，我们发表论文是为了什么？作为一名博士生、博士后或年轻博导，你是否思考过这个问题？是否有人曾与你讨论过这个问题？本周二晚上，在学校研究生会主办的WeSalon微沙龙活动上，黄嘉兴翻出自己在不同阶段的“第一篇”论文，首次吐露每篇“第一次”发表前后的真实故事，并以此引出——如今作为一名资深教授，他对“发表论文是为了什么”这个问题有了哪些新的理解。这是一场故事与观点齐飞、风趣与睿智兼备的分享，所以我们第一时间整理出这篇干货版回顾。黄老师提醒，这仅是他一家之言，但如果这样的分享与传播能够启发大家思考这个问题，也不失为一件有意义的事。准备好了吗？黄老师开讲了。01 本科阶段发论文   接受一次科研训练 我本科是在中科大念的化学物理，当年中科大的本科读五年，一般第五年进实验室。1999年我上大四，当时成绩一般，为了获取研究经验，就提前进了实验室，充当了相当于科研助理的角色。那时候我想，我的学习一般，说明我没有把国家和社会对我的“输入”吸收好，但这也许并不代表我的“输出”就不行了。一开始我真的想，能够起点小作用、打打下手，甚至能帮人洗个烧杯就很开心了。后来带我的博士生也许是看我还算勤快，把我“拉”进了他的一个工作。文章写完后，我就抱着使劲读，偶尔能帮忙改动一二就好开心，觉得我又起到了一点作用。最终他和我的导师愿意把我的名字包含在作者里面，我觉得很荣幸。人生第一次，我名字的拼音变成铅字，出现在国际期刊上，对当时的我来说已经是开心得不得了的事情，对我个人成长的意义是非常重大的。大致半年以后，我的导师谢毅教授说你不要满足于跟在博士生后面当小跟班了，自己折腾折腾，还给了我一沓使用科研仪器设备的机时票（我们称之为“白条”）。当时我作为一个小小的本科生，就拥有了自己的“白条”，这代表着导师无与伦比的信任，让我激动不已。最终，我有幸做出了自己的一些发现，也有机会开始写自己第一作者的论文。我把这篇文章当作自己的baby一样，茶饭不思地在实验室里关了一个月，完成了人生中第一篇第一作者的文章——第一次自己发现一个东西、解释一个东西，再把它写出来、投出去。那个年代文章是邮寄的，审稿人意见用传真传回来，每次传达室电话一来说有传真，我都好开心，赶紧骑着自行车过去，看看是谁的文章。惊喜的是，审稿人竟然说这篇文章写得挺好的（it's well written）——迄今为止我都不知道这位审稿人是谁，但是我会一直记得他/她的那次鼓励。那么回头看，这些文章的意义在哪里？它们没有带来重大的技术革新，也没有带来理论突破，肯定没有改变世界，但它们的确在科学文献中记录了一个个新合成方法，为后人提供了参考。对我个人来讲，这些经历给了我人生中一个巨大的正面激励，为我今后的科研提供了一个非常难得的历练。那些论文，按今天流行的观点看，多属于“低影响，或低影响因子论文”，但是那些论文却让好多人在这个过程中接受了人生第一次虽不完美，但却相对完整的科研训练，为后来国内科学研究的迅速上升提供了人才储备。02 读博阶段发论文成为别人的垫脚石后来我到了UCLA（加州大学洛杉矶分校）读博士，一开始做的是导师给的题目，磨了两年多，做得很纠结，差点就被虐到转学。好在这个过程中，我的“真爱”出来了——我捣鼓出了一个导电高分子纳米纤维，这篇文章反而发表得更早，成了我在读博阶段的第一篇一作文章，发在美国化学会志JACS上。 Science和美国化学工程新闻（C&E News）都为我们这个工作写了Highlight，我自己后来也沿着这个方向出了几篇第一作者的文章。这是我的博士导师执教十几年来的第一篇JACS，对我来说，这简直就是“人生巅峰”了。当时很多人觉得我们运气好，这么简单的工作也能发JACS：it's a cute little synthesis，说得我自己都这么觉得了。但是时间久了就发现，这篇文章有很多人在跟进。其实我们合成或制备新材料，方法学越简单、越普适，能吸引很多人跳进来跟着你做，这绝对是一个好事；如果你没有教会读者什么，也没有让人从你的工作中受益，即使发了Science、Nature这样的明星期刊，那是不是也多为自娱自乐？Agnes Pockels是我个人很敬佩的一位18世纪自学成才的德国女科学家，她曾说过这样一句话：“I learned to my great joy that my work is being used by others for their investigations”。我想我们每一个人的工作都应该是后人的垫脚石，这应该是我们发表论文的一个基本目的。03 博后阶段发文章学会啃硬骨头我在UC Berkeley（加州大学伯克利分校）杨培东教授课题组做了三年博后。这是我在博后阶段的第一篇文章，我们发现飘在水表面的纳米颗粒在干燥过程中有时会自动排列成非常漂亮且规整的花纹。我记得第一次在扫描电镜下看到这些花纹大约是凌晨3点，Berkeley的学生都喜欢半夜上山做电镜，因为白天电镜太忙了。我和同组的Franklin看完电镜，看着山下的夜景悲喜交加：这么漂亮的发现，但恐怕我们怎么也搞不明白的。杨老师作为导师，没有跟着我们一起退缩，我和Franklin每个周会都在纠结该跟杨老师讲什么。甚至投稿之后，对审稿人的意见，我们也觉得搞不定，就跑去跟杨老师说要不就算了吧，换个容易的期刊投投？杨老师没说话，我们倒有点自惭形秽了，咬咬牙再试试吧。当时有两个思路，一个是用蛮力，不用分析太多，野蛮重复它100次，应该总能弄出来吧？结果试到第10次的时候，我们就快崩溃了。后来觉得不行，要不我就试试认真理性地分析一下，问题到底出在哪里？我终于冷静下来，从头分析、猜想，又做了几个快速模拟实验，结果发现，我还真有可能抓到了关键问题的蛛丝马迹。我跟我带的本科生Steve说，要不要吃完晚饭之后陪我熬夜拼一把? 如果成功的话我第二天早上带你吃早饭去，吃很贵的那家早饭。结果实验出奇的顺利，本来想熬到6:00吃早饭，结果不仅3:00多就弄完了，还有新发现，然后我们两个人在实验室枯坐到天亮去吃早饭。所以这篇文章的经历对我来说也是一次“蜕变”，我从本科到研究生时代的科研是“行云流水”型的，打不过就跑，其实内心是比较容易放弃的，碰到难题就不干了，因为总能找到另一个。如果我们在一个热门领域的好时机进入，或者恰巧发现了一个“金矿”，那随手一挖都是“金子”，但这样就缺少一个啃硬骨头的经历。这篇文章的过程让我意识到，硬骨头其实是啃得动的，而且往往把硬骨头分解开来，有时会发现它其实也没有那么难的，我缺的是一点坚持的精神和信心。04 PI阶段发文章有了更多新的思考2007年9月，我在美国西北大学找到了一份教职，作为一个PI要开始自己做主，我就是文章的最后一关了。明显的变化是，我的时间开始变得有限，我要上课，要做很多其他的事情，而一个人的精力是有限的；再加上作为助理教授，我认为我们应该以最高标准来要求自己，应该只发“有用”的文章，争取每篇都有影响，还要考虑培养学生，让他们尽快通过发表自己的第一作者论文，找到成就感。后来我们课题组慢慢形成了一些发表文章的哲学，也还是那个问题：我们发表文章是为了什么。将我们的科学思想及发现与人分享，教会别人一些事情，这是发文章的要义，也是一个最朴素的目的。到了这个阶段，我们开始有了一些新的思考：（节选自黄嘉兴去年发表在Accounts of Materials Research上的一篇编者按）比如，我们还可以通过发文章去指出和纠正领域内的错误认知。除了常见的发表“新东西”的模式，我们也可以大胆地指出和纠正一些错误，当然这要求我们的文章有很强的说服力。举一个例子，十多年前人们发现氧化石墨烯薄膜具有非常高的刚性，这被归结于一些与二维材料有关的神奇性质，吸引全世界众多研究人员跳进来研究。但我们发现，这其实是一个不幸的错误，早期的工作中，氧化石墨烯膜样品是使用氧化铝过滤膜得到的，而氧化铝在弱酸性的水溶液中会被腐蚀而生成三价铝离子，从而将带负电的氧化石墨烯交联了。也就是说，前面有一系列关于氧化石墨烯奇妙性能的发现，其实是基于被污染的样品，并非反映了这个材料本身的性质。后来听有的老师说，他们有些学生看到我们这篇文章时，几乎是泪流满面的，因为终于明白为什么前人的工作不好重复了。大家突然意识到，在这一个氧化石墨烯的方向上，整座大厦的基础假设是不正确的。这篇文章的科学内容超级简单，就是基于一个几乎高中生都学过的无机化学反应，但是却纠正了对于氧化石墨烯一个基本特性的认识，成了我们的代表作之一，也催生了我们后续一系列具有类似风格和功能的文章。又比如，我们还可以通过发表论文去发声、去呼吁。这是最近的一个例子，疫情憋家里的时候写了这个东西，目的是想分析一下对病毒的常见误解，分享一些从物质科学角度对疫情中的科学问题的分析，也指出了一些值得做的研究问题。当时我跟一个非常有名的流感病毒学家聊了一次，他当着我的面跟我说，病毒颗粒是100纳米尺寸的，戴口罩没有用，挡不住的。我当场就呆住了，病人呼出来的病毒绝对不是一个个裸露的颗粒啊，它们是被一堆乱七八糟的从呼吸道里出来的东西包起来的。口罩要挡住的当然不是一个个100纳米的颗粒，而是几十微米、甚至几百微米的飞沫液滴或者飞沫核。他也呆住了，想了想，说：你说得对。这件事对我来讲就是一针强心剂，我发现原来专门研究病毒的人，竟然也有这样的认知盲点，看来这方面需要有人做些事情。于是我找了当时组里的、以前的学生一起学习基础知识、调研文献，也很有幸认识了一些国内一线的医生和生医专家，在西北大学居家令开始之前一起写了这篇（呼吁物质科学和工程方面的研究人员主动思考与疫情相关的科学问题的）论文，并在武汉解封那天线上发表。当然，发论文有时候还可以玩得很有趣。我们有一次受邀评价中国科技大学俞书宏老师的一个工作，用细菌来合成纤维素纳米复合材料。我们意识到，俞老师这个工作之所以做得好，是因为他们很谦卑地把自己与细菌放到了同一个时间和空间尺度上，与细菌一起同步进行合成。这个亮点一下子让我们想到了小黄人（minions），顿时产生了一个有趣的标题“Working with Minions”。我们实在太喜欢这个idea了，所以不惜花了几百美元找人制图，又花了几百美元取得电影公司的形象授权。这应该是所有科学文献上第一次出现小黄人的形象。It's really fun，但其实里面也隐含着科学意义。发表论文还有一个好处，是可以让你结交异时异地的朋友。2016年，我受日本学术振兴会邀请去日本做了一个JSPS的巡回报告，从南到北访问了七所大学和研究所。在此之前，我基本上不认识日本学术圈的朋友。提名我的京都大学教授，是因为几年前审过我的一篇论文，甚为喜欢，便主动到我的实验室来访问，先考察了一下我的"人品"，然后热情地邀请我去日本访问。在名古屋大学，还碰到一位挺有名的老师直白地问我，说他的研究兴趣好像和我没有任何交集，纳闷我见他要聊什么？几句话之后，他激动地打开书柜，翻出几篇论文说：这个“Huang”就是你吗？原来，他不久前恰巧读到了我十几年前博士期间发表的几篇论文，没想到我竟然直接送上门来了！接下来自然谈得甚是愉快，也成了朋友。再后来到了筑波的日本国立材料研究院，给完报告之后，一位知名的教授上来跟我道歉，说他曾经审过我的一篇论文，意见是拒稿，但刚刚听我讲完后意识到，他当时并没有认真读我的文章，草率地做出错误的判断。我为他的坦诚所感动，也感叹这份由论文而引出的缘分，当然从那以后我们就成了好朋友。最后回到我们的问题：我们发表论文是为了什么？我想并不是每一篇文章都要去改变世界，也许我们自己有时也没有意识到自己论文背后更高远的意义，但你要守住的底线和初心是，不要抱着“刷单”的心态去对待你的或者别人的每一篇文章。发了“大文章”自然值得祝贺，但是“小文章”也无需妄自菲薄，无论文章是大是小，作为第一作者，你必须对自己的工作了如指掌，概括承受，随时能娓娓道来。除了大学以外，还有很多地方，例如一些公司或直接以重点目标和任务为导向的机构里，也开展高水平的科技研发工作。我认为大学里的科研有一个根本性的不同，“大学”这个含义里的科研，是要为全人类创造公共知识产品，我们工作的价值往往也体现在它能让多少科学家的工作受益，以及最终怎样回馈社会，说穿了大学里的科研带有教育属性。所以，我和我的学生们发表论文的根本目的是广义的“教育”——把我们的发现、发明、心得，还有思想，教会其他的研究者，还有将来那些异时异地的好朋友们，让他们能从中受益，以推进他们的工作。So we publish to share, to teach and to educate.