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【4pxtrackpackage】劉忠範院士:石墨烯新材料——從科學到工程

發佈日期: 2020-11-28    作者: 學生記者 林俊杰 林志仙 夏炯耀    閲讀:

劉忠範院士與師生交流 學生記者 陳震 攝

編者按:“科技創新”是未來國家發展的關鍵詞。近日,多位“兩院”院士做客“嘉錫講壇”,為我校師生帶來科技前沿的精彩講座。從石墨烯到新能源,通過本報記者的分享,讓我們一起感受科學研究與國家發展的同頻共振。

11月6日下午,中國科學院院士、九三學社中央副主席、北京市委主委、北京市政協副主席、北京大學納米科學與技術研究中心主任、北京石墨烯研究院院長劉忠範蒞臨福州大學,帶來主題為“石墨烯新材料:從科學到工程”的學術報告。劉忠範院士從“碳的前世今生”講到“石墨烯的一躍飛昇”;從“與石墨烯的難解學術之緣”聊到“主打石墨烯的產研模式”。數百名師生聆聽了此次精彩報告。


異軍突起的新材

一頭大象、一支鉛筆、一塊薄膜,大象站在鉛筆上所產生的壓強,竟不能刺破這塊石墨烯材料薄膜。劉忠範院士以這樣一幅有趣的圖畫引出石墨烯的概念,“石墨烯是新材料之王,是最薄、強度最大的材料——它比鋼強韌200倍,導電性比銀高1.6倍,導熱率比銅高13倍。”

“石墨烯是二十一世紀的戰略性材料,它在各領域都能有相對應的應用。”鋰離子電池,靶向藥物,污水淨化,防彈衣……劉忠範院士列舉了石墨烯在能源、生物醫藥、電子信息、航空航天等領域上的應用成果。他認為,石墨烯作為一種兼備了多種優良性能的新興碳材料,勢必會成為未來重點研究與開發的對象。從2010年至今,我國共有16000餘家石墨烯相關企業、29個石墨烯產業園、54個研究院等各級各類研發機構對這種重要的新材料進行研究開發。
  劉院士介紹了粉體石墨烯與薄膜石墨烯的製備技術。他形象地將粉體石墨烯稱為“傻大黑”的“男石墨烯”,將薄膜石墨烯稱為“漂亮”的“女石墨烯”。粉體石墨烯批量製備所用的石墨剝離技術,成本較低,但會產生大量污水,製備出的石墨烯質量也較差;薄膜石墨烯批量製備所用的化學氣相沉積技術,成本較高,製備得到的石墨烯質量也較好。“製備決定未來,石墨烯材料是石墨烯產業發展的關鍵,沒有規模化的製備技術,石墨烯材料難以突破”,劉忠範院士説道。


跨越從實驗室到產品的鴻溝

“如果僅在大學實驗室裏做實驗室的研究,只能發表學術論文,很難推進石墨烯的產業化”,劉忠範院士分享自己在北大石墨烯團隊十二年探索中的心得。
  從科學到工程的過程,於石墨烯材料來説,具體表現在如何從實驗室樣品到規模化產品。“實驗室樣品一般關注尺寸、純度、密度,而規模化產品還需考慮產率與成本。”在劉忠範院士看來,規模化產品和製備實驗室樣品二者之間存在鴻溝,如果能跨越這一鴻溝,也就意味着石墨烯材料產業化的突破。“基礎決定實力,工藝決定質量,裝備決定生產。”劉忠範院士表示:“我們的實驗室基礎研究技術很強,但還需要往工藝、規模化方向發展。”他表示,裝備生產領域是新材料生產中的核心競爭力,需要牢牢把握。“科學家所具有的研究思維是由好奇心驅使,具有發散性;由責任心驅動的工程思維聚焦於工程師;產業思維需要依靠企業家與市場。”從規模化的製備邁向產業化,劉院士強調,這個過程特別需要科學家與工程師合作,使工程思維與產業思維突破研究思維的侷限性。

探索核心競爭力

石墨烯產業建立在石墨烯材料的應用基礎上。“如果石墨烯只是作為‘萬金油’、‘添加劑’、‘工業味精’ 等一般材料,這決不是長遠之策”,劉忠範院士強調。他認為,研究者要樹立尋找石墨烯“殺手鐗級的用途”的理念,而這些用途有時是不合乎邏輯、出人意料的。
  超級石墨烯玻璃、烯鋁集流體材料、石墨烯蠶絲纖維……劉忠範院士展示了自己團隊基於這一理念在開發石墨烯新用途的探索。“探索 ‘殺手鐗級’ 的應用,需要耐心與堅持、原創性的基礎研究、精益求精的工藝研發以及持續不斷的投入。”
  中國擁有全球最大規模的石墨烯基礎研究和產業大軍,是石墨烯強國。同時劉院士也指出我國石墨烯產業發展的隱患:一是由於急功近利,出現經濟科技“兩張皮”的現象;二是缺少原創性的突破與“卡脖子”型的技術。
  對於石墨烯產業未來的發展,劉忠範院士認為,一方面要做引領全球的原材料及其製造裝備,另一方面要探索原創性的石墨烯應用產品與核心技術。“踐行工匠精神,融通政、產、學、研,才能打造石墨烯產業核心競爭力。”
  (學生記者楊孟哲、魏俊傑參與採訪)



作者:學生記者 林俊杰 林志仙 夏炯耀

原文載於《福州大學報》第794期第3版(2020年11月27日編印)