单层石墨烯凭借其卓越的物理化学性能，已在基础研究和诸多前沿应用中展现出巨大潜力。面向热管理、大功率器件等需要高导热通量和高力学可靠性的工程场景，双层、少层石墨烯到微米级厚柔性石墨薄膜的可控制备及系列化研究对于推动石墨烯走向产业化应用至关重要。

在石墨烯层数与堆垛控制制备方面，刘忠范院士－孙禄钊研究员团队前期通过开发新型催化衬底和精准的热、动力学调控，实现了２～７层ＡＢＡ堆垛石墨烯薄膜（Ｎａｔ．　Ｃｏｍｍｕｎ．　２０２５，　１６，　５４９０；Ｎａｎｏ　Ｒｅｓ．　２０２５，　１８，　９４９０７５５８）和扭转双层石墨烯的控制生长（Ｎａｔ．　Ｃｏｍｍｕｎ．　２０２１，　１２，　２３９１）。

在更厚的石墨材料制备方面，传统方法如高定向热解石墨（ＨＯＰＧ）、Ｋｉｓｈ石墨及聚合物石墨化路线，普遍面临制备周期长（数天）、温度极高（＞２５００°Ｃ）、产物难以成膜等问题，严重制约了微米级柔性石墨薄膜的规模化应用。过渡金属催化偏析生长可在较低温度（１０００～１３００°Ｃ）进行，是一种颇具潜力的替代路线，其生长速率与碳在金属中的扩散行为密切相关。基于这一认识，研究团队提出了一种脉冲焦耳热诱导碳偏析新策略，利用快速热循环构建瞬时非平衡态，从而激发碳在金属体相中的超快传输。通过在涂覆固态碳源的镍、钴箔材上施加瞬时热冲击（＞１３００°Ｃ，升温速率＞３００°Ｃ／ｓ），研究团队首次揭示了金属体相中碳在非平衡条件下的超快传输行为（＞４．５　μｍ／ｓ）。得益于这一机制，石墨薄膜的垂直生长速率高达７３０　ｎｍ／ｍｉｎ，较传统方法提升一个数量级以上。考虑到碳偏析主要发生在仅４～５秒的快速冷却阶段（１３００°Ｃ降至１０００°Ｃ），对应的瞬时生长速率可达～１２，０００　ｎｍ／ｍｉｎ，充分展现了非平衡态下碳传输的巨大动力学优势。

进一步地，团队通过循环温度脉冲设计，实现了１～５　μｍ厚度可调的ＡＢＡ堆垛石墨薄膜的制备，晶粒尺寸达毫米级。所得石墨薄膜具有高度有序的晶体结构，层间距（３．３５５　Å）与热导率（１３１４　Ｗ　ｍ－１　Ｋ－１）均媲美高品质ＨＯＰＧ与Ｋｉｓｈ石墨，展现出优异的柔性、连续性与结构均匀性。该方法突破了传统石墨合成中“晶体质量—制备效率”难以兼得的瓶颈，为层状材料的快速合成提供了新思路，也为实现原子级精准控制与工业化规模制备之间的衔接奠定了基础。

原文链接：

ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｕｒｅ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｓ４１４６７－０２６－７００２８－８

声明：

本文部分内容参考自公众号【北京石墨烯研究院】。若作者认为存在侵权情形，请通过本公众号留言“侵权＋文章标题”与我方联系，若确认侵权将予以删除。我方尊重原创作品，致力于分享具有价值的内容，感谢您的理解与支持。若本文存在疏漏或错误之处，亦欢迎读者们批评指正。