制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨

烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑

戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立

且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具

有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦

特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石

墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國

內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價

值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換

與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。

項目特色：

1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成

三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質，

而且具備優良的機械及光電性能。

2. 在國內外首次觀察到厘米級尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣

品，只依靠瓦特級別的光作為單一驅動源，即可實現較大距離(數十厘

米)的有效的運動，并提出了光致電子發射驅動的機理解釋上述三維

石墨烯體相材料獨特的光驅動，

3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結構構筑手

段，能夠得到以二維石墨烯作為構成單元，并有效保留其獨特二維性

質和兼具三維宏觀形態的石墨烯體相材料，此項研究為其它二維材料

的開展類似工作并拓展其應用提供了范例和思路。已取得的成果：

項目的標志性研究結果于 2015 年 6 月在線發表于 Nature

Photonics，并于 2015 年 7 月正式發表（Nature Photonics, 2015, 9, 471-

476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene”

發表了專題評論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft built

from graphene could run on nothing but sunlight”為題報道了此研究，

指出該成果“再為石墨烯這種優良材料增添了一種驚人的性能”。國

內主要媒體包括人民日報、光明日報、新華網以及多家門戶網站等均

對此研究進行了報道，中央電視臺《新聞聯播》欄目于 2015 年 6 月

21 日也對此進行了報道。

市場應用前景：

空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力源問題一直羈絆

著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學驅

動，即通過噴射燃燒的化學物質來獲得驅動力，光直接驅動飛行是科

學界和航空界多年的夢想。