变成矿床是指岩石经受变质作用后成为具有工业价值的矿石，以及由于变质作用改变了工业用途的矿床。前者如富铝岩石经变质后形成的蓝晶石类矿床、富硼岩石变质形成的硼矿床等，后者如煤变质后形成的石墨矿床等。
一、区域变质蓝晶石类矿床
区域变质形成的蓝晶石类矿床包括蓝晶石矿床、矽线石矿床和红柱石矿床，它们均为富铝(泥质)岩石经受变质而成。矿床产在区域变质岩系之中，含矿岩石主要是石英岩和片岩，其次是片麻岩和变粒岩。蓝晶石、矽线石和红柱石等矿石矿物呈板状、柱状、粒状弥散分布或聚集成条带，定向排列现象明显，大致与片理方向一致;当变质岩石中这些矿物的含量达到工业品位时，即构成矿体。矿体多呈似层状、透镜状，与围岩呈渐变接触关系，且产状与围岩基本一致。矿床常赋存于一定层位，分布面积广，矿化范围大者形成长几十千米、宽几千米的矿带。
由于蓝晶石、矽线石和红柱石三者生成的温度、压力等物理化学条件不同，或者受原岩种类的影响，它们在变质岩系中各自独立构成矿体，并具有不同的矿物组合。
区域变质蓝晶石矿床相对更重要，许多著名大型蓝晶石矿床均属此类。矿床产于褶皱强烈的角闪岩相结晶片岩、大理岩和石英岩内。由富铝的泥质岩或火山岩变质而成的蓝晶石矿床，含矿岩石主要是含蓝晶石云母石英片岩和石英岩，典型矿物组合为蓝晶石、石英、白云母、堇青石和金红石。含斜长石较多的片麻岩或变粒岩中的蓝晶石矿床，其变质温度较高。产于滑石-绿泥石片岩中的蓝晶石矿床，其变质原岩可能是顺层贯入的基性岩，矿体呈透镜状，规模不大，但品位较高，矿石中蓝晶石可达40%～60%或更高。矿物组合中可能出现刚玉，有时构成独立矿体。区域变质蓝晶石矿床的重要产地有江苏韩山、河北邢台、山西繁峙、四川汶川、内蒙古白彦花、辽宁大荒沟、新疆契布拉盖等。国外著名区域变质蓝晶石矿床有美国阿巴拉契山脉的蓝晶石矿带、印度比哈尔邦、俄罗斯科拉半岛的凯依夫矿床、阿富汗萨雷桑格矿床。
区域变质矽线石矿床较重要，但分布不多。矿床常产在片麻岩和片岩中，矿体空间分布常与混合花岗岩有关。矿石中矽线石明显定向排列，与片理方向一致。受混合岩化影响强烈、热变质作用明显的矿床中，矽线石聚集成瘤状、团块状和透镜状矿体。我国河北灵寿、平山、邢台和陕西丹凤有该类矿床产出，国外产地有南非、印度阿萨那卡西尔、朝鲜平安南道。
区域变质红柱石矿床不甚重要，主要见于绿片岩相的区域变质沉积-火山岩中，如红柱石二云母石英片岩、叶腊石岩或千枚岩等。矿物成分有红柱石、黑云母、白云母、绢云母和叶腊石。
江苏沭阳韩山是区域变质蓝晶石矿床的典型代表(图8－4)。矿区出露元古界海州群云台组区域变质岩系，岩性主要为变粒岩、白云母片岩、白云母石英片岩、石英岩等，局部见眼球状混合岩或大理岩。云台组下段按岩性可划分为上变粒岩组(Pt1－2hy1－3)、中含矿层(Pt1－2hy1－2)和下变粒岩组(Pt1－2hy1－1)三套岩层。蓝晶石产在第二岩层(Pt1－2hy1－2)，该层又可分为三个含矿段。在上、下含矿段中，蓝晶石含量较低，未构成工业矿体;中含矿段厚度60～70米，以云母石英片岩、云母片岩为主，其次为石英岩，是主要含矿层。共有6个矿体，其中4个产在石英岩中，2个产在石英片岩中。
蓝晶石矿体产状与围岩一致，一般呈过渡关系，矿体中心部位品位较高。依据矿石矿物成分和组构，可划分出石英岩型、片岩型和叶腊石型三种蓝晶石矿石自然类型，其中石英岩型为主要类型，约占90%。蓝晶石多呈柱状、板状和他形粒状，与石英嵌生形成粒状变晶结构。矿石品位一般为15%～20%。
二、区域变质石墨矿床
区域变质石墨矿床产于前寒武纪片麻岩、片岩及大理岩等变质岩系中，矿体多呈似层状或透镜状，长数百米至数公里，厚数米。矿石中石墨呈鳞片状，分布均匀，质量好，但品位较低，一般含量为3%～5%。与石墨伴生的矿物有云母、石英、长石，有时还有少量的黄铁矿、黄铜矿和方解石等。经碳同位素测定，这类石墨的12C/13C比值为90.3～91.7，与有机物的12C/13C比值接近，故认为是由有机质经区域变质重结晶形成的，属变成矿床。
图8－4 江苏沭阳韩山蓝晶石矿区地质图( 引自田煦等，1989)
山东南墅石墨矿床是这类区域变质石墨矿床的重要代表。矿区地层为太古宇胶东群旌旗山组变质岩系，下部亚组为角闪混合片麻岩、斜长角闪岩、石榴斜长片麻岩等，上部亚组为白云质大理岩、斜长角闪片麻岩和石墨片麻岩，夹薄层斜长角闪岩、透辉岩、黑云变粒岩等。石墨矿体主要产于上部亚组中 ( 图 8 －5) 。矿体或产于大理岩与片麻岩接触带，或产于石榴石斜长片麻岩与角闪斜长片麻岩之间，或产于大理岩中，均呈似层状或透镜状沿一定层位产出，产状与地层一致。矿石呈浸染状、片麻状构造，花岗变晶和纤维鳞片变晶结构。近矿围岩有明显的蚀变，主要是透辉石化、透闪石化、金云母化和阳起石化等，这些蚀变是变质热液改造的产物。
矿石中的石墨都是晶质石墨，石墨晶片长一般为 0. 15 ～1. 5 mm，个别可达 7. 5 mm。脉石矿物主要为斜长石、石英、透辉石和透闪石等。南墅石墨矿床属沉积变质成因，在区域变质作用中不仅是原沉积有机质发生重结晶变质，而且变质热液及混合岩化热液对石墨的富集亦有较重要的作用。
三、接触变质石墨矿床
自然界的石墨矿床还有一类，即产于变质煤层中的接触变质石墨矿床。矿体都产于煤系地层与侵入体接触变质带中，系煤层受岩浆侵入热力影响重结晶作用形成的。矿体保存原来煤层的层状或透镜体状，其规模大小往往决定于原来含煤层的情况及热变质晕的发育程度。随着远离接触带，石墨渐变过渡为半石墨以至无烟煤。这类石墨矿床中的石墨含量高，一般为60%～80%，有时可达90%，但多为隐晶石墨，质量较差。湖南郴县、吉林烟筒山、北京西山及广西等地区有此类矿床分布。
图8－5 南墅石墨矿床岳石矿区示意地质图( 引自田煦等，1989)
除上述几种主要类型变成矿床外，产于大理岩中的变质硼矿床、产于沥青质岩石与酸性岩浆岩接触带中的变质钒矿床、滑石-菱镁矿矿床、大理岩矿床、石英岩矿床等都具有重要的经济价值。
四、成矿作用
蓝晶石类(蓝晶石、矽线石和红柱石)矿床主要是由粘土矿物组成的富铝质岩石经过一定程度的变质作用而形成。具有重要工业意义的蓝晶石类矿床是变质成因的。对它们在变质作用过程中生成的热力学条件及稳定范围，曾做过许多研究。由人工合成蓝晶石类矿物的实验结果和物理化学计算推断的相平衡关系见图8－6。红柱石形成于相对较低的压力和温度条件，蓝晶石形成于中等或高压和较低温度条件，矽线石形成于中等或低压，而温度较高的条件。三相点温度622℃、压力550MPa。
蓝晶石矿床主要产于区域变质岩系中，由富铝原岩在中等压力条件下变质而成;另外在动力变质作用的高压条件下，也有蓝晶石矿床形成。红柱石矿床主要产于泥质岩石或火山岩与岩浆岩的接触变质带内;区域变质虽然也有红柱石生成，但尚未发现大型矿床;中酸性火山岩受热液蚀变发生次生石英岩化时，也可形成红柱石矿床。矽线石形成的变质温度较高，通常是在前进变质作用中由白云母分解而成，或由红柱石、蓝晶石、十字石转变而成。
图8－6Al2［SiO4］O矿物相图
变质成因石墨矿床的原岩建造往往被理解为富含生物有机质，因为有机物内赋存大量的碳质。如果这些生物大量死亡，并能与其他沉积物一起迅速地被深埋地下，就能形成一种封闭的还原环境。在特定(前进的)区域变质条件下，由于温度不断升高，沉积物中的有机质经过一系列分解反应，首先析出CO2，然后还原为碳并结晶成石墨，从而导致区域变质片岩建造中石墨矿床的形成。
都成秋惠(1972)指出泥质沉积物中的有机物，在前进变质作用中，遭受一系列的变质反应，最后导致结晶完好的石墨的产生。Landis (1971)研究了有机物石墨化过程中结晶度的前进增加，指出在沸石相岩石中，这些物质实际上是非晶质的，或仅仅显示一种发育不全的石墨结构;随着温度的升高，它的结晶度增加;在绿帘角闪岩相和角闪岩相中实现了有序化的石墨结构。井泽英二(1968)研究有机物石墨化过程中化学成分变化表明，蓝闪石片岩和绿片岩相岩石中有机物C=84～94%、H=1.8～1.0%，而绿帘角闪岩相岩石中有机物C=93～96%、H=0.7～0.4%。这些研究表明，区域变质石墨矿床中的原始碳属有机成因，而且随着前进变质作用温度的升高，石墨的结晶度也逐渐增高，直至达到角闪岩相的变质温度、压力条件时，才能形成结晶良好的晶质石墨。证明石墨的结晶度与形成时的温度有密切的关系。基于相同的原因，在接触变质煤层里的隐晶质石墨矿床中，伴随离开侵入体的距离增大，温度逐渐降低，接触变质作用减弱，而出现由石墨—半石墨—无烟煤的过渡现象。
虽然对区域变质石墨矿床的成因，一般认为是富碳质的沉积岩，在区域变质过程中由碳质重新结晶而形成;形成石墨的碳质来源于沉积岩中的有机质。但也有研究认为形成石墨的碳质来源于碳酸盐岩石分解出的CO2，或者由岩浆分异出的CO2，即无机碳。
接触变质成矿作用主要是由于岩浆侵位而引起围岩温度增高所产生的变质成矿作用，在成矿中以热力作用为主，而压力对其影响较小。作用过程中几乎没有外来物质的加入和原有物质带出，挥发份的影响也很微弱。成矿作用方式主要是重结晶作用和重组合作用等。在高温作用下，原来隐晶质矿物便会逐渐结晶，显晶质矿物晶粒变粗，如蛋白石和玉髓变为石英，胶磷矿变为磷灰石，石灰岩变为大理岩，煤变为石墨等均为重结晶作用。原岩物质在高温影响下可产生一系列新矿物，粘土物质在高温中压条件下形成红柱石等;由于温度和压力的作用，会使原岩脱水，如褐铁矿和铁的氢氧化物变为赤铁矿或磁铁矿，硬锰矿和水锰矿变为褐锰矿和黑锰矿等;在高温缺氧条件下，原岩物质中的高价离子就会还原为低价离子，致使矿物发生变化，如赤铁矿变为磁铁矿，软锰矿变为褐锰矿等。
五、勘查评价要点
蓝晶石类矿床的主要类型是变成矿床，变质前的原岩建造是富铝的，岩石包括富铝的泥质沉积岩、中酸性火山岩、火山碎屑岩及部分富铝的侵入岩。变质作用类型和变质温度、压力条件不同，常形成不同种类的矿床。一般蓝晶石矿床产在区域变质岩系中压相的较低温相，矽线石矿床则形成于较高温相，且部分和混合岩化作用有关;但对红柱石来说，区域变质作用的逞狂贡献不大。红柱石主要是接触变质作用产物。矽线石是一种高温变质矿物，在深变质岩系和接触变质的高温带均可生成。
区域变质石墨矿床主要形成于古老地盾区，如乌克兰区域变质石墨矿床主要赋存在地盾上具有双层结构的复向斜带，下部为太古代麻粒岩基底，其上的下元古界为含石墨岩系;我国前寒武纪古陆边缘应是该类石墨矿床的勘查找矿重点。前寒武纪深变质岩系是该类石墨矿床勘查的重要标志，国外区域变质石墨矿床均产于前寒武纪结晶片岩和片麻岩中，我国产于太古代地层中的石墨矿床如内蒙古兴和、河南灵宝，产在元古代地层中的如黑龙江柳毛、山东南墅，仅海南伍园石墨矿床产在古生界中，这些矿区地层均经受中深区域变质作用，形成了角闪岩相和麻粒岩相岩石，并见广泛混合岩化现象。前寒武纪地层中多见黑云角闪斜长片麻岩、矽线堇青石榴黑云斜长片麻岩、镁质碳酸盐岩、(部分矿区)磁铁石英岩或石英片岩，石墨主要在片麻岩中富集成工业矿体，而含矿岩系上部层位碳酸盐岩建造中很少含矿。
对于接触变质矿床来说，影响其形成的主要因素是围岩性质、侵入体的规模和接触带的特征。一般围岩脆性大、导热性强，侵入体的规模大，侵入接触面与围岩层理面斜交的情况下对形成接触变质矿床有利。因此，规模较大的侵入体与灰岩、煤层等围岩的接触带，是寻找大型接触变质矿床的标志。
成矿系列是指在一定的地质构造单元和一定地质历史发展阶段内，与一定的地质作用或成矿事件有关，在不同成矿期（及成矿阶段）和不同地质构造部位形成的不同矿种、不同类型、但有成因联系的矿床自然组合。
成矿系列可划分为6个层次，即成矿系列组合、成矿系列类型、成矿系列、成矿亚系列、矿床式和矿床（陈毓川等，1994，1999）。成矿系列组合以三大地质作用，即岩浆作用、沉积作用和变质作用为划分依据。每一种地质作用伴有相应的成矿作用，在不同的地质时期与不同地质构造单元形成各种矿床成矿系列，构成与岩浆作用有关的矿床成矿系列组合、与沉积作用有关的矿床成矿系列组合和与变质作用有关的矿床成矿系列组合。某些与一定层位有关、受多种成矿作用叠加或改造的矿床，可以暂归于其他成因的矿床成矿系列组合。成矿系列类型是指形成于不同地质时代、不同地质构造单元，但具有相似的地质环境、相似的成矿特征、类似的矿床组合，又具有各自时代及地区特点的成矿系列。对同类矿床成矿系列的归纳有利于进行区域成矿作用对比。成矿系列是指形成于一定地质时代、一定地质构造单元，与一定地质作用或成矿事件有关，包括不同矿种、不同类型、但有成因联系的一组矿床。成矿亚系列是指在成矿系列分布范围内的次级构造单元中，由不同成矿阶段形成的、各具特色的矿床组合，而各亚系列之间具有成因联系、并具有明显的共性。在一个成矿系列中可不分出亚系列，亦可分出若干个亚系列。矿床式是根据一组具有相似成矿特征的典型矿床所概括出来的矿床类型式，代表一种基本的矿床模式，包含有深刻的成因意义。一个成矿系列及亚系列至少应包括一个以上的矿床式。矿床是成矿系列的基本组成单位，一个矿床式至少应包括一个以上的矿床。
成矿系列是由我国地质学家程裕淇等（1979，1983）提出的矿床学新概念。它从系统论的观点出发，研究成矿作用在四维时空中的基本规律，探索在地球演化过程中成矿的时空及物质演化规律，研究一定区域内与一定成矿事件有关的、在不同演化阶段和不同控矿条件下形成的各类型矿床之间的相互联系。成矿系列具有科学预见性和较高的实用价值，根据每一成矿系列所包含的不同类型矿床在空间上或时间上相伴生的特点和在相似地质背景条件下可大致重复出现的规律，当一个地区发现某种类型矿床时就可以预测和寻找属于同一矿床成矿系列的其他类型矿床；利用两个成矿系列之间和两个端元矿床之间的过渡规律，可能发现过渡型矿床。将成矿系列概念应用于矿产勘查实践，可以更好地探讨和阐述矿床的区域分布规律和时间演化规律，从而更加充分地发挥成矿地质理论对找矿预测工作的指导作用。
自程裕淇等（1979、1983）先后发表《初论矿床的成矿系列问题》、《再论矿床的成矿系列问题——兼论中生代某些矿床的成矿系列》等重要论文以来，成矿系列概念及理论已引起国内矿床学界和矿产勘查工作者的普遍关注，在区域成矿规律研究及成矿预测工作中取得了一系列重要的进展和成果。在1994年第9届国际矿床成因协会科学讨论会和1996年第30届国际地质大会上，陈毓川、裴荣富等将成矿系列概念及理论向国外地质学家进行了专门介绍，使成矿系列概念及理论正式走向国际地质科学论坛，引起国际地质科学家的极大兴趣。
20世纪80年代以来，我国地质学者在南岭地区（陈毓川等，1989）、长江中下游铁铜成矿带（常印佛等，1991；翟裕生等，1992）、三江铅锌成矿带（叶庆同等，1991）、桂北地区（陈毓川等，1995）、大兴安岭及邻区（赵一鸣等，1997）、华北地台北缘及北侧（裴荣富等，1998）、秦岭造山带（王平安等，1998）、阿尔泰造山带（王登红等，2002）等重要成矿区带的科学研究工作中，共划分出69个矿床成矿系列，其中，中生代矿床成矿系列34个（占49.3%）。1998年，陈毓川等首次在全国范围内将19个成矿区带中的400多个岩浆和变质矿床划归66个成矿系列、41个成矿亚系列和170个矿床式；1999年，陈毓川等首次编制完成1：50万中国矿床成矿系列图，将全国930个代表性矿床划归4个成矿系列组合和32个成矿系列类型。1999～2003年，新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西、四川、贵州、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、河北、山西、山东、河南、湖北、湖南、安徽、江苏、浙江、江西、福建、广东、广西、海南等25个省（自治区）在参加“中国成矿体系与区域成矿评价”项目的研究工作中，开展了新一轮区域成矿分析，共划分出529个矿床成矿系列，其中，中生代矿床成矿系列173（约占32.7%）。这些研究成果和资料对进一步划分和厘定全国中生代矿床成矿系列具有重要的参考价值。
曹原是一个公认的天才，他14岁就能考上中科大，对我国的科研做出了重大贡献。
近年来，限域空间纳米流体传质领域取得显著进展，特别是一维碳纳米管以及二维纳米结构组成尺寸均一的纳米及次纳米尺度离子通道，孔隙内部微观结构和表面化学特性更为可控，是制备高功率纳米流体离子导体的理想材料结构体系。受自然界独特的微观结构的启发，将二维材料通过简单的湿法纺丝重新组装成具有纳米尺度间隙的纤维结构。重组后形成的二维材料层与层之间的限域空间可以充当分子和离子运输的二维通道。Ti 3 C 2 T x 作为二维材料MXene中发展最成熟的材料之一，具有很多与氧化石墨烯结构类似的薄层二维结构，丰富的表面官能团以及极性溶剂高分散等特性，还具有氧化石墨烯不具备的高导电性，是制备高导电纳米流体纤维的理想材料。但是由于Ti 3 C 2 T x 较大的长径比以及柔性片层结构，在湿法纺丝过程中片层易褶皱、堆叠，造成结构缺陷，显著降低纤维力学、导电特性，阻碍离子在纤维结构内部传导，从而制约了Ti 3 C 2 T x 纤维在传感、储能、制动等多功能方面的应用 探索 。
Ti 3 C 2 T x 分散液在外界剪切力作用下，可形成定向液晶结构，可借助湿法纺丝过程形成二维片层的取向排布结构。 苏州大学 邵元龙教授团队 借助这一原理，控制湿法纺丝过程的喷丝口断面结构以及牵伸速率，诱导Ti 3 C 2 T x 片层形成取向结构，并通过Mg 2+ 离子交联作用，最终制备得到具有高取向度结构的Ti 3 C 2 T x 纤维，实现力学性能，导电性能，离子传导性能以及电化学性能的提升。相关工作以“Assembly of Nanofluidic MXene Fibers with Enhanced Ionic Transport and Capacitive Charge Storage by Flake Orientation”发表在《 ACS Nano 》上。
这项研究工作中Ti 3 C 2 T x 纤维取向度大幅度的提高主要依赖于 喷丝口的设计以及牵伸过程 。 受 流体定向 纺丝过程的启发 ，作者设计不同的喷丝口来探究Ti 3 C 2 T x 片层在流动过程中的排列情况。当处于液晶态的Ti 3 C 2 T x 纤维经过 高度纵横比的扁平状流体通道时，受到的剪切力在横向上显著增强；在水平剪切力引导下， Ti 3 C 2 T x 片层沿着纤维轴向定向排列。与圆状通道相比，扁平状流体通道有效解决了了剪切力梯度变化问题，减少了纤维中片层褶皱，孔洞等缺陷。为了提升纤维的取向度，作者对所制备的Ti 3 C 2 T x 初生凝胶纤维进行 牵伸处理 ，经过 牵伸后的纤维内部片层排列更加紧密，消除了片层间不规则的孔隙 ，这种取向结构将加速电子传输，减少电荷转移电阻和电能损失，经过WAXS测试纤维的 取向度高达0.86 。与此同时，作者采用 离子交联 进一步提升Ti 3 C 2 T x 纤维的力学性能。镁离子进入层间后与Ti 3 C 2 T x 片层 表面含氧官能团产生静电相互作用，减弱片层间双电层的厚度，增强层与层之间相互作用力 。经过交联之后的纤维力学强度高达 118MPa ，电导率提升到7200 S cm –1 ，实现优异的电子传导。通过红外热成像仪对纤维导热性能进行测试，发现 Ti 3 C 2 T x 纤维在低功率下能够快速升温到108 。
Ti 3 C 2 T x 取向纤维的离子传导及电化学特性
高定向的Ti 3 C 2 T x 纤维在保持高机械性能和电子传导的同时，还能够实现优异的离子传导。与无序片层组装成的纤维相比， 定向纤维内部片层能够互相连接构成连续的层状通道 ，离子在其中的传输路径更短，传输速率更高 。当电解质被限制在纳米通道中时，电解质会表现出截然不同的性质。在比德拜长度更窄的纳米流体通道中，内壁上的表面电荷排斥单极离子并吸引反离子。这种单极离子传输可以使离子电导率提高几个数量级在1mM盐浓度下，高度定向的Ti 3 C 2 T x 纤维表现出9.7 10 4 S cm 1 高离子电导率。有效的离子输运电导率还可以促进离子在Ti 3 C 2 T x 薄片表面的快速输运，形成电双层，提高功率密度和速率能力。定向Ti 3 C 2 T x 薄片可以与密集填充的薄片形成受限的纳米流态离子传输通道，在这种电解质离子约束场景下，局部库仑有序排列被打破，层状受限孔可以有效地用于电荷存储。对Ti 3 C 2 T x 片层进行定向，同时使层状孔适应电解质离子的大小，这是一种很有前途的策略，可以最大限度地提高比电容，高达1360 F cm 3 。
小结
作者通过微流体通道控制二维片层材料取向排列，构筑快速离子传输通道；采用离子交联进一步提升纤维各项性能，从而制备出优异的Ti 3 C 2 T x 纳米流体取向纤维，有望在人工纤维组织、生物传感器分析和神经电子学中得到广泛的应用。
团队介绍：
邵元龙 ，苏州大学能源学院特聘教授，博导，北京石墨烯研究院石墨烯生物质纤维课题组组长。2016年获得东华大学材料加工工程专业博士学位，博士导师为李耀刚教授和王宏志教授，期间于2013-2015年于美国加州大学洛杉矶分校Richard B. Kaner教授课题组博士联合培养。2016-2018年剑桥大学石墨烯中心从事博士后研究，合作导师为Andrea C. Ferrari教授和Clare P. Grey教授。2018-2019年于沙特阿卜杜拉国王 科技 大学任职研究科学家，合作导师为Vincent C. Tung教授。2019年9月，加入苏州大学能源学院，任特聘教授。迄今以第一作者、通讯作者在 Nat. Rev. Mater. ， Nat. Commun. (2篇)， Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., ACS Nano （2篇） ，Adv. Funct. Mater., Mater. Horiz. （2篇）等国际知名学术期刊发表SCI论文26篇，他引4300余次，7篇被ESI收录为高被引论文（Top 1%），2篇被ESI收录为热点论文（Top 0.1%）主持国家自然科学基金，江苏省自然科学基金青年基金，国家重点实验室开放课题等多项科研项目。担任国际期刊《Frontiers in Chemistry》（影响因子3.782，中科院SCI化学2区）“Advanced Materials for Supercapacitors”专刊客座编辑。
李硕 ，2019年9月至今为苏州大学能源学院与材料创新研究院硕士研究生，导师为邵元龙教授。主要从事功能纤维器件相关研究。入学以来以第一作者在ACS Nano杂志上发表论文；荣获苏州大学研究生学业奖学金二、三等奖。
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1. 年龄原则上不超过 35 岁， 身心 健康 ，具有较高的思想道德素养、良好的团队合作精神和奉献精神；具有一定材料、化学领域的研究基础；有较强的英文阅读和写作能力；
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应聘材料：
1. 个人简历，包括基本信息、学习和科研经历、已有成果；
2. 代表论文电子版；
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按照苏州大学统招博士后发放相关待遇，具体如下：
（一） 统招博士后人员聘期内的总薪酬由基本年薪和奖补金两部分构成。绩效评估优秀者的总薪酬为 100 万元，绩效评估良好者的总薪酬为 80 万元，绩效评估合格者的总薪酬为 60 万元。
1.基本年薪：20 万元（去除学校承担的 社会 保险和公积金之后的税前收入），按月发放。
2.奖补金：根据绩效评估结果按年度发放。
（二）对表现优异的博士后，合作导师将追加基本年薪，相关追加部分不计入 聘期内总薪酬，额外发放。
（三）提供 0.1 万元/月的租房补贴（不计入总薪酬）。
（四）在站期间获得国家博士后创新人才支持计划、博士后国际交流计划引进项目、博士后国际交流计划派出项目、香江学者计划、澳门青年学者计划、中德博士后交流项目等项目资助的，所获得的资助补贴不计入学校的总薪酬，另外叠加发放。
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曹原的主要研究内容便是魔角石墨烯，而这些研究很有可能帮助他揭开超导的原理。如果基于他的发现能够研制出常温超导材料，那么这个世界就会发生翻天地覆的变化。目前的曹原已经成为了这个领域的领军人物。
成果简介
基于石墨烯的光电探测器由于其带宽大、占地面积小以及与硅基光子学平台的兼容性而在高速光通信中引起了极大的关注。大带宽硅基光相干接收器是具有先进调制格式的大容量光通信网络的关键元件。 本文，华中 科技 大学张新亮教授团队等研究人员在《Nat Commun》期刊 发表名“Ultrahigh-speed graphene-based optical coherent receiver”的论文， 研究通过实验证明一种基于90度光学混合和石墨烯上等离子体槽波导光电探测器的集成光学相干接收器，具有紧凑的占地面积和远超过67GHz的大带宽 。结合平衡检测，接收 90 Gbit/s 二进制相移键控信号并提高信噪比。此外，实现了在单极化载波上接收 200 Gbit/s 正交相移键控和 240 Gbit/s 16 正交调幅信号，附加功耗低于 14 fJ/bit。这种基于石墨烯的光相干接收器将有望在 400千兆以太网和800千兆以太网技术中应用，为未来高速相干光通信网络铺平另一条路线。
图文导读
图1：在PSW上使用石墨烯的 OCR。
图2：90度光学混合性能。
图3：石墨烯-PSW PD 的性能。
图4：平衡检测测试。
图5：相干检测的实验演示。
小结
综上所述，结果表明，我们提出的基于石墨烯的 OCR 对高级调制格式具有超高速和高质量的接收能力，这些格式对光的幅度和相位信息进行编码。 经过验证的基于石墨烯的器件为超紧凑和高性能 OCR 提供了一条不同的材料路线，在数据中心和下一代高速光互连中具有竞争力。
文献：
曹原是一个公认的天才，他14岁就能考上中科大，对我国的科研做出了重大贡献。
2018年，年仅22岁的中国天才少年——曹原，登上了全球顶级科学杂志《自然》（Nature）当年影响世界的十大科学人物，而且位于第一位。两年后的现在，曹原又携两篇一作Nature强势归来。
那么，曹原到底是何许人也？他在科学界做出了什么突出贡献呢？
曹原的“开挂”人生很早就开始了，他年仅14岁就进入了中国科学技术大学少年班，19岁开始攻读世界顶级学府麻省理工学院（MIT）的博士学位。曹原从中学时代就对超导现象产生了浓厚的兴趣，读了博士之后，他废寝忘食地在实验室中钻研超导材料，他以石墨烯作为切入点。
石墨烯是近年来研究非常热门的一种材料，目前已被广泛应用于各种领域。石墨烯的结构十分特别，它是由碳原子排列成蜂巢晶格的二维结构，其厚度为一个碳原子，碳原子之间通过共价键紧密结合在一起。
石墨烯的特殊结构使其表现出很多优异的性能，其结构稳定、强度非常高、导热性能好、电阻率极低。考虑到石墨烯的优异导电性能，这种材料被用于超导研究，这也是曹原的研究方向。
曹原通过研究发现，如果偏转两层石墨烯的方向，使其夹角变为1.1度，那么，在1.7开氏度（零下271.5摄氏度）的情况下，石墨烯将会表现出超导特性，这个奇特的旋转角度被称为“魔角”。
看到魔角石墨烯变成超导的温度，大家可能会犯嘀咕了，这个超导温度比绝对零度还高不到2度，远远低于室温，在现实中并没有使用价值。要知道，一些超导材料的超导温度远高于这种石墨烯，最高的已经达到零下23摄氏度。那么，魔角石墨烯又有什么意义呢？
事实上，这种超导石墨烯的意义十分重大，其成果是开创性的，这可能是人类破解超导原理所迈出的重大一步。此前，超导材料的研制都是基于掺杂原理，而魔角石墨烯只是通过简单的角度旋转就能产生超导现象，意味着超导的根本原理或许没有那么复杂。
这让物理学家感到非常兴奋，一个全新的高温超导研究方向就此开启。如果基于此能够最终揭开超导之谜，研制出常温超导材料，这个世界将会发生翻天覆地的变化。
正因为意义重大，曹原的研究很快就发表在《自然》（Nature）杂志上，一口气发了两篇。此后，曹原又继续研究魔角石墨烯，以期进一步揭开超导原理。
经过两年的潜心研究，曹原更加深入地探究了石墨烯的魔角，相关结果又发了两篇Nature论文。也就是说，目前的曹原已经有四篇Nature在手。
对于做科学研究的人而言，Nature和Science杂志无疑是最为顶级的杂志，很多人终其一生都发不了一篇。而曹原今年才24岁，就已经发了四篇。按照这个趋势下去，不要说中科院院士的位置已经预定，有可能就连诺贝尔物理学奖都在向他招手。
比你聪明的人还比你更努力，这也许是“最可怕”的事情，曹原无疑应该成为年轻一代的榜样。
石墨烯锌粉涂料
首先曹原智商非常高，这是他小小年纪考上重点大学的原因，其次，他很有想法，对事物有自己创新的独特的见解。
未来发展是很有前途的，集多种优良性能于一身，应用潜力很大，是引领高科技的超级材料；突破石墨烯的技术研发，加快石墨烯的产业进程。
石墨烯产业规模持续扩大，下游领域不断拓宽，多地企业密集投建石墨烯制备和应用项目，并借助并购重组打通上下游各环节，提高自身产能，整合产业资源，优化提升石墨烯产业能级。
1、2020年中国石墨烯行业发展现状分析：行业发展势头良好，市场规模持续扩大
中国石墨烯行业正处于市场导入期，产品尚未成熟，行业利润率较低，但市场规模持续扩大。2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。
在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低。《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》中估算2019年中国石墨烯规模将达到120亿元，考虑到疫情的影响，前瞻测算2020年石墨烯市场增速将有所下降，石墨烯市场规模达到126亿元。
2、中国石墨烯行业细分产品分析：下游涉及行业众多，石墨烯应用领域广泛
石墨烯下游行业众多，主要应用于以下五个领域：
一是光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、可穿戴设备、OLED、太阳能等领域中发挥作用。
二是能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常好的导电性。
三是功能复合材料，通过将石墨烯加入各种塑形基体，能够制备出具有很好导电、导热、可加工、耐损伤的特殊材料。
四是微电子器件，未来的石墨烯半导体、石墨烯集成电路、THz器件等领域，需要利用石墨烯独特的性质来发挥。
五是生物医药和传感器领域，石墨烯对单分子的响应能力、承载抗体后的分子输运能力都是其他传感器不能实现的。
3、中国石墨烯行业产能分析：龙头公司产能持续扩增加，中小企业生产能力有待提高
2018年以来，石墨烯粉体和薄膜的生产规模进一步扩大。粉体方面，常州第六元素、青岛昊鑫、宁波墨西等多家企业已拥有国内领先的石墨烯粉体生产线。薄膜方面，长沙暖宇新材料科技公司年产量100万平方米的石墨烯膜生产线已开建，预计建成后将成为国内第二大石墨烯膜生产线。
——石墨烯粉体
石墨烯粉体材料制备工艺类化工属性，将以添加剂的形式提升传统产品性能。以粉体应用为主的行业包括防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等。石墨烯粉体将主要以添加剂的形式与传统产品混合，结合石墨烯特殊的物理化学特性生产具备更多功能、更高性能的新产品。
石墨烯粉体多掺杂在其他材料中使用，比如导电剂、超级电容、特种涂料、高效催化剂等。目前中国规模以上企业石墨烯粉体的生产能力多在100吨左右。
——石墨烯薄膜
石墨烯薄膜可以应用在导热膜上，发挥其优异的导热性能，用于智能手机、平板电脑等设备的散热层;利用石墨烯的导电透光以及高度柔性，可以用来制作柔性显示屏、可穿戴设备等;石墨烯巨大的比表面积以及优异的电子传输性能，是的传感器领域成为石墨烯薄膜的一大目标市场;此外，石墨烯对硅的替代有望带来半导体领域颠覆性的革命，成为下一代集成电路、超级计算机的基础材料。
中国石墨烯薄膜的产能约超过650万平方米左右，主要集中在常州地区。
4、中国石墨烯行业未来发展趋势：扩产成为行业趋势
我国石墨烯产业化发展势头迅猛，各地企业积极投建石墨烯项目。随着石墨烯行业规模的不断扩大，下游应用的不断延伸，2018年以来，石墨烯龙头企业纷纷投资建立新的生产线，扩大产能，以实现规模化生产。
—— 更多数据可参考前瞻产业研究院《中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》
主要上市公司：贝特瑞(835185);方大炭素(600516);银基烯碳(400070);碳元科技(603133);沃特新材料(002886);常州二维碳素(833608)
本文核心数据：石墨烯行业企业营收额;石墨烯行业区域企业数量;石墨烯行业企业产能
行业概况
1、定义
石墨烯，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。应用于物理、材料、电子信息、计算机等众多领域，具有较好的额导热性、光学特性和稳定性。石墨烯虽然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间，但目前已经得到了较为广泛的应用。石墨烯层数可分为单层石墨层、少层石墨烯和多层石墨烯;按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等;按照产品形态又可分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。
2、产业链剖析：下游应用较为广泛
石墨烯产业链的上游为石墨矿资源及生产设备;中游为石墨烯薄膜和石墨烯粉体制造;下游主要的应用以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息等六大产业。
目前，我国石墨烯产业链的上游石墨烯矿产及设备公司有方大炭素、思泉新材和宝泰隆等;中游石墨烯粉体和薄膜的生产公司有常州二维碳素、第六元素和中泰化学等;下游应用领域众多，目前较为广泛的新能源领域的代表企业有贝特瑞新材料、东方碳素、南都电池和欣旺达等;涂料领域的代表性企业有墨睿科技和深创时代等;大健康领域代表性公司有烯旺科技和圣泉集团等;节能环保领域的代表性企业有正拓能源和驰飞等;化工新材料的代表性企业有新纶科技和华高烯暖等;电子信息领域的代表性企业包括远望谷和汉威电子等。
行业发展历程：行业处在突飞猛进阶段
石墨烯的理论研究始于1947年，迄今已有70余年的历史。但真正能够独立存在的二维石墨烯晶体则是出现在2004年，英国曼彻斯特大学天文物理学教授Andre K. Geim领导的研究小组利用微机械剥离方法首次获得了石墨烯，标志着这一新型材料的问世。中国国家自然科学基从2007年开始对石墨烯项目投资，促进了我国石墨烯产业的发展。2013年以来，石墨烯先后被列入“十二五”“十三五”规划中，政策的推动促使了我国一大批石墨烯企业的诞生，石墨烯生产开始走向批量化、规模化。2017年至今，石墨烯已经在锂电池、太阳能、散热材料、电缆LED等行业有了较为广泛的应用。
行业政策背景：“十四五”规划愈发重视石墨烯行业的发展
相比于国外政府较早进行政策扶持，我国直到2012年才由工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》，首次明确提出支持石墨烯新材料的发展。之后，我国先后出台《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》《国家创新驱动发展战略纲要》《新材料产业发展指南》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等文件，确立石墨烯在新时代我国制造业发展中的重要战略地位，鼓励在电化学储能、海洋工程、柔性电子器件、重大环保技术装备、汽车、航天航空行业等领域拓展石墨烯应用。2021年，国家发改委发布了《国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》，提出大力支持发展新材料产业的重点任务。
行业发展现状
目前，石墨烯产品主要为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。石墨烯粉体主要应用于防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等行业;石墨烯薄膜主要在导热膜、柔性显示、传感器、集成电器等行业有较为广泛的应用。
1、供给：石墨烯粉体和石墨烯薄膜已经实现大规模量产
目前中国大部分石墨烯行业代表性企业均已建立石墨烯产品生产线，其中，在明确公布产量数据的企业中，第六元素、凯纳股份、青岛昊鑫及先丰纳米的石墨烯相关产品产能均达到了千吨级别。此外，根据2021年11月12日举办的2021(第八届)中国国际石墨烯创新大会公布的数据，目前中国已成为石墨烯材料生产大国，石墨烯粉体产能达1.46万吨，石墨烯薄膜产能740万平米。
注：上述数据均来源于企业官网，部分企业官网数据未做更新。
2、需求：石墨烯需求不断增加，市场规模达百亿以上
2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低，根据赛迪智库发布的《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》估算，2019年中国石墨烯规模将达到120亿元;根据石墨烯联盟公布的数据，2020年国内石墨烯相关领域市场规模达140亿元。初步估测2021年中国石墨烯市场规模或达到157亿元。
3、专利情况：2020年石墨烯相关专利申请热度最高
根据智慧芽搜索结果，2015-2022年9月，我国石墨烯相关专利申请数量先增后降，2020年相关专利申请数量达到峰值33390项，2021年相关专利申请数量下降至30165项。此外，截至2022年9月的石墨烯相关专利中，发明申请类型的专利占比最多，达到了57%，其次为授权发明，占比为27%。
注：查询时间为2022年9月26日。
4、发展痛点：关键技术制约下游应用拓展
由于石墨烯从发现至今仅经历10余年时间，其发展仍处于较新的阶段，尽管石墨烯在规模化生产技术和 工艺装备等方面均取得重大进展，但其低成本规模化制备技术、下游应用技术、绿色制备技术等方面仍存在技术瓶颈，且产品普遍存在尺寸和层数不均匀、质量不稳定等问题，材料的各项性能指标远不及实验室水平，难以满足大规模工业化量产的需求，制约了石墨烯在下游应用领域的拓展。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国石墨烯行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
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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
1.1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).
1.2PANIF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1.82 g CTAB，0.63 g 草酸以及0.9 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. 1.3GO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.
1.4PANIF/rGO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6.8 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0.5 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.
1.5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-0.2～0.8V.
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
2.1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.
2.2FTIR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.
2.4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521.2 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0.5 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54.3%，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21.8亿吨，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
2.1 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。
2.2 试验与研究
2.2.1 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58.66%A12O3和41.34%FeO。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4.39g/cm3，莫氏硬度为7.5。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：
2.2.2 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。
2.2.3 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。
2.3 产品的性能
2.3.1 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。
2.3.2 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。
2.3.3 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。
2.4 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
首先曹原智商非常高，这是他小小年纪考上重点大学的原因，其次，他很有想法，对事物有自己创新的独特的见解。
成果简介
基于石墨烯的光电探测器由于其带宽大、占地面积小以及与硅基光子学平台的兼容性而在高速光通信中引起了极大的关注。大带宽硅基光相干接收器是具有先进调制格式的大容量光通信网络的关键元件。 本文，华中 科技 大学张新亮教授团队等研究人员在《Nat Commun》期刊 发表名“Ultrahigh-speed graphene-based optical coherent receiver”的论文， 研究通过实验证明一种基于90度光学混合和石墨烯上等离子体槽波导光电探测器的集成光学相干接收器，具有紧凑的占地面积和远超过67GHz的大带宽 。结合平衡检测，接收 90 Gbit/s 二进制相移键控信号并提高信噪比。此外，实现了在单极化载波上接收 200 Gbit/s 正交相移键控和 240 Gbit/s 16 正交调幅信号，附加功耗低于 14 fJ/bit。这种基于石墨烯的光相干接收器将有望在 400千兆以太网和800千兆以太网技术中应用，为未来高速相干光通信网络铺平另一条路线。
图文导读
图1：在PSW上使用石墨烯的 OCR。
图2：90度光学混合性能。
图3：石墨烯-PSW PD 的性能。
图4：平衡检测测试。
图5：相干检测的实验演示。
小结
综上所述，结果表明，我们提出的基于石墨烯的 OCR 对高级调制格式具有超高速和高质量的接收能力，这些格式对光的幅度和相位信息进行编码。 经过验证的基于石墨烯的器件为超紧凑和高性能 OCR 提供了一条不同的材料路线，在数据中心和下一代高速光互连中具有竞争力。
文献：
曹原是一个公认的天才，他14岁就能考上中科大，对我国的科研做出了重大贡献。