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　　大规模制备具有高密度和高离子电导率的电极关于高体积能量和功率密度紧凑型电容式储能技能至关重要，但也极具挑战性，由于高密度和高离子电导一般不兼容。特别是以石墨烯为代表的二维资料，在毛细力和π-π相互效果下倾向于平行、有序堆叠，导致离子难以有用进入层间、离子分散途径长且弯曲，约束了石墨烯电极的高能量和高功率才能，这一问题在大厚度电极上尤为显着。调整石墨烯片层取向是促进离子传输的有用办法，但传统技能办法如模板辅佐、机械剪切、外场诱导、定向冷冻等普遍存在资料密度低、难以大规模制备的问题，约束了高功能石墨烯电极的实践使用。

　　近期，西安交通大学李祥明、邵金友教授团队受欢腾茶水中茶叶随水流运动启示，提出一种在暴沸温度下经过湍流活动和各向同性毛细紧缩制作细密涡轮状石墨烯的高效办法：使用流场诱导石墨烯片层取向，毛细紧缩进步资料密度，成功地处理了高密度和高离子导电率之间的权衡问题，并完成了资料公斤级制备（图1）。涡轮石墨烯片层分布与流场方向共同（图1B, C），取向分布在0-180度之间，一起有很大成效防止了石墨烯严密堆叠。制备的涡轮石墨烯比较于叠层石墨烯电极具有更高的离子传输才能和更优的电化学储能特性（图2, 4）。一起受石榴籽和石榴皮结构启示，提出“多核细密拼装”方案：疏水性的机械剥离石墨烯（EG）作为“石榴籽”，充任氧化石墨烯（GO）拼装过程中的形核中心和距离物，在微米标准进一步调控石墨烯片层取向，防止石墨烯严密叠层，保证了石墨烯活性位点的充沛使用和离子快速搬迁；一起，亲水性的GO作为“石榴皮”，在毛细效果下紧缩疏松的EG，显着提升了资料密度。涡轮石墨烯的取向、孔隙率和资料密度可经过调整前驱体份额在一些规模内调控（图3），并显现出不同的电化学功能体现（图5），展现了该办法在不同使用范畴的灵活性和可行性。该研讨为批量化制备高功能二维资料及电极供给了方向，有助于加快二维资料在储能范畴的使用。该作业以 “Scalable fabrication of turbostratic graphene with high density and high ion conductivity for compact capacitive energy storage”为题宣布在世界闻名期刊Matter上（）。

　　石墨烯片层取向直接影响离子传输速度，而石墨烯片层在毛细力和π-π相互效果下倾向于平行、有序堆叠，导致离子分散距离随电极厚度呈指数式增加，严峻约束了离子传输速度。传统的调整石墨烯片层取向的方案如模版诱导、机械剪切、磁场驱动、定向冷冻等存在电极密度低、难以大规模制备等缺点。受欢腾茶水中茶叶随水流运动启示，本文提出使用欢腾流体中湍流活动发生的流场驱动石墨烯片层取向，完成石墨烯片层由平行、有序叠层向涡轮状摆放的改动。取向后的石墨烯片层分布与流场分布高度共同（如图1 B, C），片层取向分布在0~180度之间，其离子分散才能进步了5.4倍，显着提升了石墨烯电极在储能器材中的功能体现。

　　为了处理高密度和高离子电导率不兼容问题，本文在流场诱导取向的根底上引进毛细紧缩效应，从微观标准进步电极密度。一起受石榴籽和石榴皮结构启示，提出“多核细密拼装”方案：疏水性的机械剥离石墨烯（EG）作为“石榴籽”，充任氧化石墨烯（GO）拼装过程中的形核中心和距离物，在微米标准进一步调控石墨烯片层取向，防止石墨烯严密叠层，保证了石墨烯活性位点的充沛使用和离子快速搬迁；一起，亲水性的GO作为“石榴皮”，在毛细效果下紧缩疏松的EG，显着提升了资料密度。经过调控两者份额，可大规模调控资料孔隙率、密度和微观片层取向，显现了本方案在不同使用范畴的灵活性和可行性。

　　涡轮石墨烯展现出优异的储能特性。比较叠层石墨烯，涡轮石墨烯展现出更高的离子电导率、容量和更好的倍率特性，一起兼具高密度。一起，经过改动前驱体份额调控涡轮石墨烯微结构，可对资料电化学功能进行调控，本文系统阐述了资料微观结构、电极微观描摹及器材电化学功能之间的联系。涡轮石墨烯电极密度可达 1.12 g cm-3，体积电容可达 234 F cm-3，电芯单位体积内的包括的能量可达 83.2 Wh L-1，功率密度可达 14 kW L-1，是电容储能范畴的一个里程碑。以涡轮石墨烯电极制备的软包固态超级电容单体，具有多种输出挑选，在弯折状态下无漏液，展现了涡轮石墨烯电极在柔性储能器材制作方面的潜力。

　　石墨烯平行堆叠对活性外表充沛的使用的约束和对离子快速分散的阻止是石墨烯范畴面对的传统共性问题，批量化调控石墨烯片层取向、防止严密叠层是推进石墨烯走向工业使用的必经之路。相同的窘境也存在于其他二维资料，如MXene, MoS2等。因而，本文提出的流场诱导石墨烯取向、毛细紧缩进步资料密度、多核拼装调控微观结构的办法或许也适用于其他二维资料，有望推进二维资料在储能、海水淡化、纳米过滤等高离子通量使用场景的使用。更重要的是，本文提出的办法简略、高效，合适大规模出产，有助于推进高功能二维资料及电极宏量制备。

　　李祥明教授简介：西安交通大学教授，博士生导师，国家优异青年科学基金取得者，国家要点研制方案青年科学家项目首席。2014年博士结业于西安交通大学并留校任教，获我国机械工程学会“上银优异博士论文”银奖，当选我国科协“青年人才托举工程”，2021年破格晋升教授。长时间从事微纳制作及动力储能方面的研讨作业。以榜首/通讯作者身份在Nature Communications., Matter, Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano Energy, Small, Small Methods等学术刊物上宣布研讨论文30余篇，担任陕西省纳米科技学会理事、SCI期刊Biomimetics 杂志专题修改，曾获陕西省高校科学技能研讨一等奖（第2完成人）。

　　邵金友教授简介：西安交通大学科研院常务副院长、国家杰出青年科学基金取得者、机械工程学院领军学者、博士生导师。主要是做微纳制作、电子皮肤与可穿戴电子、生物仿生与软体机器人、医工穿插等方面的研讨作业。国家自然科学基金“纳米制作的根底研讨”严重研讨方案严重集成项目首席、国家要点研制专项项目首席，担任国家第六次科技猜测（2020-2035规划）极点制作范畴专家、十四五国家要点研制方案“高功能制作技能与严重配备”要点专项攻略专家。近年来，研讨团队在纳米制作范畴展开了深化的根底研讨作业，环绕纳米结构模板成形制作的“填充、控形、成性”三大难题，创始了世界上第三代纳米压印技能，形成了“近零压力填充”、“微观控形”和“结构成性”的电场驱动纳米压印办法系统，拓宽了纳米压印技能在多个范畴的工程使用。已宣布SCI论文160余篇，其间以榜首和通讯作者在《Nature Communications》、《Advanced Materials》、《ACS Nano》等世界高水平期刊宣布论文80余篇，SCI他引约3100余次，在榜首、通讯作者SCI论文中，多篇被《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Nanoscale》、《IEEE Nanotechnology》等期刊选为封面亮点论文，当选英国物理学会、美国化学学会和英国化学学会的精选论文或热门论文，被《Wiley Video Abstracts》、《Material View》、《Advanced Science News》、《Nanowork》等世界闻名学术新闻网站作为研讨亮点评述。以榜首创造人取得国家授权创造专利22项，取得美国PCT创造专利2项，曾取得教育部技能创造一等奖（第2完成人），陕西省高校科学技能研讨一等奖（第1完成人）。

　　李聪明，西安交通大学机械工程学院，研讨方向为石墨烯结构调控与动力存储使用。