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浅谈石墨烯科研与产业化应用

发表时间:2016-01-28   浏览次数:
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12月中旬,夏威夷会议中心作为主会场迎来了参加2015年太平洋区域国际化学会议的各路专家学者,其中,石墨烯分会的重磅嘉宾、2010年诺贝尔奖得主、英国曼彻斯特大学教授安德烈•海姆备受瞩目。

 

诺贝尔奖得主安德烈•海姆

  水波潋滟的阿拉威运河是夏威夷瓦胡岛迷人的所在,清澈而宽阔的水面沿着长满葱葱郁郁樟树的河岸蜿蜒而去,注入浩瀚无垠的太平洋。就在河口不远处的岸边,矗立着一座独具特色的现代建筑:大型钢结构辅之以巨型玻璃幕墙,构成了其挑高足达25米的大堂;多种几何图形变换、鳞次栉比的露台与传统中式屋顶的完美搭配,显得厚重又不失灵动。这就是瓦胡岛著名的地标夏威夷会议中心。

  ——专访诺贝尔奖得主安德烈˙海姆

  12月中旬,夏威夷会议中心作为主会场迎来了参加2015年太平洋区域国际化学会议的各路专家学者,其中,石墨烯分会的重磅嘉宾、2010年诺贝尔奖得主、英国曼彻斯特大学教授安德烈•海姆备受瞩目。这位犹太裔科学家,在2004年与学生诺沃肖洛夫合作从石墨中剥离出只有一个原子厚度的二维材料石墨烯,从而为人类开启了从“硅时代”迈向“碳时代”大门的可能性。会议间隙,本报记者就石墨烯科研与产业化应用等话题对其进行了专访。

  预言梦幻石墨烯不断带来新惊喜

  “石墨烯虽然现在不是一个新词,但它将不断带给我们新惊喜。”海姆在题为《石墨烯,异质结构及其之外》的石墨烯分会开幕演讲临近结束时,这样对现场听众表达了他对石墨烯科研和应用前景的强烈信心。

  “您为何那么有信心呢?”这是记者与海姆在会场休息区相对而座后,向他提出的第一个问题。他喝了口咖啡,用带着浓厚俄语口音的英语回答:“作为一位科学家,我的信心首先来自我对石墨烯的认识和理解。”他解释说,外界更感兴趣于他们当年用胶带撕出石墨烯、制备出石墨烯的过程,但是,令他及其团队更为激动的是付出艰苦努力,终于揭示了石墨烯所呈现出的独特物理特性,这些现在已为社会所熟知,比如,最薄、最硬、导热率最高、电阻率最小等。这成就了石墨烯“梦幻新材料”的美名,为可能产生丰富的科研成果和广泛的实际应用奠定了坚实基础。他的信心来自全球方兴未艾的石墨烯科研热潮。他说,自从石墨烯被发现后,越来越多学者把目光瞄准了该领域,爆发出空前研究热情。本次会议石墨烯分会就有一批关于石墨烯制备与应用的报告和论文,他将仔细倾听和阅读同行的最新研究进展。同时,他透露,关于石墨烯的研究,自己坚持一贯的研究风格,力求避开“拥堵”、“独辟蹊径”。此外,他认为各国政府的大力支持和产业界的积极参与,将大大加速石墨烯科研能力的提升和应用的进一步开发。

  盛赞中国石墨烯军团表现可圈可点

  2015年6月,一则关于“光动”飞行的新闻引起了广泛关注,南开大学科研团队研制一种特殊石墨烯材料,可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行,这是迄今为止科学界第一次用光推动宏观物体并实现宏观驱动,充分展示了中国石墨烯科研实力和推动应用潜力。

  在海姆看来,中国石墨烯科研和产业应用总体发展水平如何呢?他告诉记者,从研究水平来看,中国同行真的很优秀,世界高水平学术期刊上经常能读到他们发表的论文。他半开玩笑地说,也正是看到包括这么多聪明的中国大脑在内的世界智力资源纷纷投入石墨烯研究,他才感到“压力山大”,有必要防止“踩踏”,找条特殊研究路径。中国石墨烯研究者的优异还体现在专利申请的数量上,据英国《泰晤士报》网站10月24日报道,截至2015年初全球逾2.5万件石墨烯应用专利申请中,近1/3来自中国。海姆认为,专利数是一个参考指标,夏威夷会议中心里随处可见的中国科学家身影就是最好证明。作为高水平国际学术会议,5年1届的太平洋区域国际化学会议,对参会学者水平有很高要求,入选“口头报告”和“海报会议”的论文要有相当高水准。记者浏览参会手册发现,在石墨烯分会上做报告的中国科学家比例很高,他们来自北京大学、中国科学院、南开大学、南京航空航天大学等众多科研结构,其中包括刘忠范、刘云圻等多位中科院院士。他们大多与海姆是业内熟知多年的老朋友,在会议现场和会间休息,他们热烈探讨切磋,密切互动。

  “中国正引领全球石墨烯商业化进程。”这是海姆通过数次中国之行,深入了解和考察对中国石墨烯应用产业发展现状后得出的基本判断。

  的确,在国家产业政策的支持下,中国各地出现进军石墨烯产业的热潮,推动石墨烯应用加速发展。在海姆看来,产业资本、金融资本大举淘金石墨烯,反映了其对这种革命性新材料的信心,无可厚非。“实际上,很多领域都是这样,已司空见惯,只是要尽可能防止过度概念炒作带来的弊端。”他认为,要防止弊端,核心手段之一就是要厘清并坚守“石墨烯”定义,制定国际通行的石墨烯质量标准体系。

  新加坡国立大学石墨烯研究中心主任安东尼·科斯托·那托在19日的报告中提出了类似观点,他指出建立石墨烯标准“刻不容缓”。在接受记者采访时,那托对看到的乱象怒不可遏:“以10层、20层的廉价石墨粉冒充单层石墨烯卖出黄金的天价,这不是犯罪是什么?利用政府的产业扶植政策,用石墨粉冒充石墨烯把纳税人的钱骗到自己口袋,这不是犯罪是什么?其实,在我看来,这比犯罪为严重,因为不仅是骗钱,而且是坑人。以假乱真让人大失所望后,石墨烯作为一种超级材料会被不明就里的人质疑,失掉他们的信任。我和团队致力于建立一套石墨烯质检体系和标准,并提交给国际标准化组织,推动该领域去伪存真、由乱而治。”

  石墨烯分会联合主席之一哈顿显然同意海姆对中国石墨烯产业的判断,他和其他会议组织者特别邀请了3家中国石墨烯企业代表作为非会员与会,分别是致力于宏量制备的山东碳为石墨烯科技有限公司(碳为)、致力于应用开发的北京碳世纪科技有限公司(碳世纪)和碳谷(青岛)科技集团有限公司(碳谷)。

  作为碳为董事长,王为刚告诉记者,自己的公司之所以受邀,是因为破解了石墨烯应用的瓶颈:大规模生产石墨烯,即宏量制备。会议主办方想以此为契机更深入了解公司的制备流程和工艺。他计划邀请海姆和那托等与会嘉宾考察公司的年吨级石墨烯生产线。“真金不怕火炼。我们碳为石墨烯产品一定能经得住海姆、那托等专家学者最严格的检测,以优质的‘单层’为中国石墨烯和石墨烯产业赢得国际信任和光荣。”王为刚说。碳世纪总裁黄伟东与碳谷董事车云林则介绍了自身在石墨烯制备与应用开发方面如航空航天、军工、生命科学、存能等方面取的最新进展,表达了引入国际国内智力资源,同与会专家学者加强应用开发的强烈意愿。

  呼吁社会各界多给石墨烯一些耐心

  “石墨烯是革命性新材料,这不错,可是如果未来两三年还没有里程碑性的应用突破,还没挣来大钱,就很少有投资人再关注它了。”一位浸淫在投资界多年的人士这样向记者表达他对石墨烯产业的看法。当我把它转述给海姆并问他对此怎么看时,他听了一笑反问:“他就那么着急吗?不过,也许有些人的投资耐心就那么大。作为科学家,我想说的是请大家多给石墨烯一些时间,科技进步有自身规律,急不得!”接下来,海姆回顾科技史,讲述铝元素从发现到广泛应用经历了近200年。而石墨烯“太年轻”,其从实验室到变革人们生活不需要动辄百年,可能要短得多,但总需要时间吧。

  “社会需要更多耐心,而石墨烯人则需要更大努力。对中国石墨烯人来说,抢占新一轮科技变革制高点就必须只争朝夕、风雨兼程。”王为刚作为实业家深深懂得既要潜心蛰伏等待,又要有大胆突破的魄力。他说,海姆等中外专家都认定目前石墨烯产业的最大制约因素之一就是宏量制备,这是打通科研与应用的核心环节。试想,如果没有高质量的石墨烯,任何应用无论多么激动人心都是无源之水、无本之木。碳为有志成为中国乃至世界最优质石墨烯的最大供应商。他透露说,在前期试验生产线基础上,碳为在潍坊的年产吨级生产线已经安装调试完毕,并已经通过专家论证,预计近期就可以全面投产。他还透露,公司已着手在青岛合作建立新的更大的生产线。黄伟东表示,强强联合是中国石墨烯企业快速实现突破的捷径之一,实际上,他所在的碳世纪与碳为已经探索在石墨烯宏量制备领域进行更广泛合作,共同建设生产线,筑牢中国石墨烯产业根基。车云林在给记者展示的《碳谷单层石墨烯项目可行性报告》中列出锂离子电池、海水淡化、超级电容、大气治理等22项石墨烯科应用开发领域。他表示,碳谷决心集聚一批真正干事创业的石墨烯人,以青岛优质石墨矿为依托,推动中国石墨烯革命,催生一个中国人引领的碳时代。

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