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我们借助可实现皮米分辨的超高分辨球差校正透射电子显微镜和自制的原位操纵与性能表征平台，基于“将纳米实验室建在透射电子显微镜里”的想法，在原子分辨率的条件下实现了对石墨烯、硫化钼等二维材料的亚纳米加工、单原子操纵以及结构和性能的动态表征.同时，基于原位实验研究的结果，初步探索了二维材料在宏观尺度的可能应用：实现了石墨烯材料从多孔到高致密三维结构的自下而上按需构筑，首次报道了石墨烯海绵结构的超高效吸油特性(吸附量最高达到其自身重量的600倍以上)；发现了高致密三维石墨烯结构的超高抗压强度(传统石墨材料的6倍)；制备了最窄的(宽度仅为0.35nm)硫化钼纳米带结构；基于石墨烯，还设计制备了超灵敏湿度传感器和热电微执行器等.