人民日报回顾2016创新驱动发展 这两项新材料进展获“点赞”

1月9日，人民日报发表题为《敢于尝鲜 瞄准领先——二〇一六年创新驱动发展述评》的文章。在这篇文章中，梳理了2016年科技创新的大事件。

文章提出“基础研究厚积薄发，原始创新连奏凯歌”，列举了量子领域、新材料领域、生命科学领域、航天领域的重大创新。

在新材料领域，中科院电工研究所马衍伟团队在石墨烯量化制备及高性能石墨烯基超级电容器方面取得进展，使快速、绿色、低成本制备石墨烯成为可能；中科院理化所刘静团队首次发现了液态金属“能跑”“会跳”“载物前行”等特性，为未来发展柔性智能机器人提供了材料基础。

下面材料牛（cailiaoniu.com）简单介绍一下这两项工作。

石墨烯

超级电容器具有很高的功率密度和循环稳定性，但它相对低的能量密度始终是制约其发展的因素。一般来讲，一个高性能的超级电容器的电极材料需要高电导率、大的比表面积以及高的电化学稳定性。碳材料是目前典型的电极材料，但低能量密度限制了超级电容器的商业化以及应用。

石墨烯有希望成为未来超级电容器的电极材料，其具有优异的电导率、表面体积比以及化学稳定性。迄今为止制备石墨烯的最主要方法是两步化学氧化/还原法。然而这种方法会用到高腐蚀性的试剂，不仅有可能引起爆炸和污染，还会引入大量的结构缺陷从而降低石墨烯的电导率。另外，石墨烯之间的堆叠也会降低其表面积，使容量降低。另一种制备石墨烯的方法是液相剥离法，这种方法虽然可以制备无缺陷的石墨烯，但是成本过高，难以进行大规模生产。因此，找到一种简单直接并且绿色环保的制备高品质石墨烯的方法极为重要。

中国科学院理化技术研究所李江涛研究员（通讯作者）和中国科学院电工研究所马衍伟研究员（通讯作者）在Advanced Materials上发表了题为“Scalable Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Graphene for Supercapacitors with Superior Power Density and Cyclic Stability”的文章。他们采用自蔓延高温合成法（SHS）将CO2转化成高品质的石墨烯并将其用于超级电容器。

用SHS方法制备的石墨烯（SHSG）具有高分布且均匀的介孔结构以及相当低的含氧量和很高的电导率。在离子电解质中，SHSG的比容量可以达到244 F g-1（2A g-1充放电条件下）和113 F g-1（500 A g-1充放电条件下），其最高功率密度达到135.6 Wh kg-1并且在达到1000 kW kg-1的极高负载功率下仍然有60 Wh kg-1的功率密度。另外，在100 A g-1的快速充放电条件下循环100万次，其容量仍然保留90%以上，证明了其具有极高的电化学稳定性。

材料牛对该文章的主要内容进行了详细报道，请参考：Adv.Mater.:自蔓延高温合成法制备石墨烯用于超高能量密度和循环稳定性的超级电容器

液态金属

2015年4月，中国科学院理化技术研究所研究员刘静课题组，在Advanced Materials上发表了题为“Self-Fueled Biomimetic Liquid Metal Mollusk”的论文。该进展迅疾被New Scientist、Nature研究亮点、Science新闻等数十个知名科学杂志或专业网站专题报道。国内外媒体报道之为“终结者要来了”。

该研究发现，置于电解液中的镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量，实现高速、高效的长时运转，一小片铝即可驱动直径约5毫米的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度达5cm/s。这种柔性机器既可在自由空间运动，又能于各种结构槽道中蜿蜒前行；它还可随沿程槽道的宽窄自行作出变形调整。

作者认为从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。

在2014年6月，刘静团队首次发现电场控制下液态金属与水的复合体可在各种形态及运动模式之间发生转换的基本现象。科研人员通过系统的实验，揭示出室温液态金属具有可在不同形态和运动模式之间转换的普适变形能力。比如，浸没于水中的液态金属对象可在低电压作用下呈现出大尺度变形、自旋、定向运动，乃至发生液球之间的自动融合、断裂—再合并等行为，且不受液态金属对象大小的限制；较为独特的是，一块很大的金属液膜可在数秒内即收缩为单颗金属液球，变形过程十分快速，而表面积改变幅度可高达上千倍。

2016年8月，刘静课题组又在Advanced Science上发表题为“Liquid Metal Machine Triggered Violin-like Wire Oscillator”（10.1002/advs.201600212，2016；封面文章）。该文章报道了一种异常独特的液态金属固液组合机器的自激振荡效应：将处理过的铜丝触及含铝的液态金属时，铜丝会被液态金属迅速吞入，并随后在液态金属机体上做长时间往复穿梭运动，如同演奏音乐中的小提琴琴弦一般。此外，用不锈钢丝触碰液态金属，还可对铜丝的振荡行为加以调频调幅操控。造成上述现象的机制主要在于，铝与碱溶液反应引发液态金属与铜丝两端出现浸润力差异所致，这里，铜丝、液态金属、电解液及氢气之间多相界面的动态耦合产生了节律性牵引力。

上述两项成果，一项为中科院理化所和电工所共同完成，一项为中科院理化所和清华大学共同完成。

材料牛编辑整理。

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