针对10 nm以下功能器件加工的挑战，南京航空航天大学研究团队通过理论计算结合高分辨电镜原位观测，发现电子束引起二硫化钼单层的相邻孔洞在聚合前发生自发相变，生成尺寸均一、仅有0.35 nm宽的硫化钼纳米带。该纳米带在电子束照射下比完整的二硫化钼母材更稳定，因此可以在电子束照射范围内整齐、大范围生成，有希望作为模板将“Top-Down”的纳米制造技术从10 nm节点突破到亚纳米级[209]，如图7.9（a）。该方法同时预言了多种有类似能力的低维材料亚纳米模板化加工能力，论文发表后引起国际上的迅速关注，美国橡树岭国家实验室等的研究人员称其为“先驱性的结果”，并在此基础上可控地实现了亚纳米制造。该技术方法为“Top-Down”可控制造亚纳米结构提出了新途径，受Nat Nanotechnol邀请撰写了News & View[210]。
该团队首次发现石墨烯新型器件构筑及波动势、拽势等水伏效应的可能[211,212]。通过改进大面积高质量石墨烯的沉积制备过程和能量转化器件设计，以系统的实验和理论澄清了2001年以来碳纳米材料捕获流体能量研究中的巨大实验结果差异和机理矛盾。发现在石墨烯插入含离子溶液过程中，会在石墨烯两端产生电压，该现象被命名为“波动势”，如图7.9（b）。当石墨烯匀速插入溶液中时，波动势与插入溶液中石墨烯的长度成正比关系。结合第一性原理计算揭示了此现象的产生机制：液面附近阴离子对石墨烯表面吸/脱附阳离子的响应速度滞后于石墨烯中电子的运动速度，导致石墨烯内产生电势差。此电势差与运动速度成正比，且和离子种类相关；在石墨烯波动势工作基础上，继而发现当在石墨烯表面拖动含离子液滴运动时，会在石墨烯沿液滴运动方向的两端产生电压，该现象被命名为“拽势”，如图7.9 （c），并且这一拽势与液滴的运动速度及数目成正比关系，可以利用其来探测石墨烯表面液滴的运动速度[213,214]。波动势、拽势揭示了双电层边界运动生电的原理，被英国物理学会纳米技术网评论为“拓展了1807年以来建立的200多年的电动理论”，为新型的水伏能量捕获和表面传感器件设计奠定了基础。
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图7.9 低维材料亚纳米模板化加工能力及石墨烯新型器件构筑及波动势、拽势
（a）硫钼亚纳米结构；（b） 石墨烯中的波动势；（c） 石墨烯中的拽势
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