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山西煤炭所709课题组攻坚“石墨烯” 到底有什么价值?

 

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-20  浏览次数:144
“这就是人们所说的‘黑金’,是人类目前已知的最轻、最薄的材料,是名副其实的新材料之王……”5月17日,中科院山西煤炭化学研究所709(石墨烯与新能源材料)课题组实验室里,组长陈成猛向记者介绍着。透过电子显微镜,记者看到,石墨烯形貌类似于丝绸和纱,异常柔软轻薄,薄到只有一个原子的厚度,大概是头发丝的二十万分之一。
       早在2004年,英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用透明胶带去粘贴石墨晶体,而后将胶带进行多次粘合、撕开,最终催生出一种二维碳纳米材料——石墨烯。两位科学家因此获得2010年诺贝尔物理学奖。至此,石墨烯及其相关应用的研究迎来了井喷。
       这种材料到底有什么价值,让科学家们花如此大的心力投入到对它的研究中?
      “石墨烯几乎完全透明,但却异常坚硬,它拥有极好的导热性和极低的电阻率。这些特性如果能被最大限度地运用,将在科学技术领域创造出无限的可能性。”陈成猛向记者介绍说,若将石墨烯应用于触摸屏,人们的手机和平板电脑便可折叠起来;若加入到塑料里面,塑料便会更强韧,还可以让原本不导电、不导热的塑料变得导电、导热;若加在锂离子电池和超级电容器里面,就能大幅提升储能器件的能量密度和功率密度,延长它的循环寿命……
       然而,“文章一大片,材料看不见”。面对这样一种珍贵的新型材料,科学家们首先要解决的难题便是,怎样将它做出来。“我们不可能拿胶带粘啊,粘两天就只能粘出一小片来,这种方法是无法批量化制备的。”在陈成猛心里,在诸多高新技术领域,如果关键材料不能实现国产化,我们很难从一个科技大国真正成为一个科技强国。
       为此,709课题组进行了大量工艺实验,大家从实验室最基础的一个个实验中一点点地测试、验证、积累……功不唐捐,玉汝于成。终于,一个吨级规模的石墨烯中试生产线诞生了。这条生产线能够批量化、低成本,可控、稳定地出产石墨烯。在过去的几年中,我国的石墨烯产业发展势头迅猛,技术进步很快,形成了很多很有影响力和显示度的应用示范工程。作为全国石墨烯首批研究者之一,709课题组经过十年坚守,亲历了石墨烯从实验室到产业化、从样品到产品、从制备到应用的蜕变,让中国成为全球石墨烯领域的领先者。诺沃肖洛夫评价说,石墨烯正在慢慢进入高科技应用领域,而中国在这一过程中表现强势。
       将实验室技术真正推向产业、推向社会,给人们更好的应用体验,使老百姓的生活更美好,是709课题组所有成员的心愿。陈成猛说:“短短几年间,石墨烯的价格下降了几百倍,这就是中试的价值。作为一种新型材料,石墨烯从诞生到现在,从年龄上说还是个‘孩子’。而这个‘孩子’一旦长成,将带来颠覆性的技术进步,完全改变人类生活……”
       在709课题组的办公室里,有一株翠绿挺拔的鹤望兰。它叶大姿美、四季常青,有两米多高。这是2008年组员们送给王茂章先生的教师节礼物。王茂章先生是陈成猛的恩师,是我国碳材料和碳素领域的权威。在海姆和诺沃肖洛夫获得诺奖前三年,王老先生就敏锐地感觉到石墨烯这种新材料未来的广阔发展前景,同时把这个课题安排给陈成猛,从此,709课题组率先在国内开展起石墨烯研究。
      “王老师学识渊博,为人谦和,有老一辈科学家严谨、朴实的工作态度。在碳材料研究领域,他倾注了毕生心血。”陈成猛说。
       如今,老先生已经过世,但他的人格魅力感染着新一代年轻人。就像这株生机勃勃、不断开枝散叶的鹤望兰,几年来,709课题组从最初的2位成员增加到现在的11位科研骨干,其中博士5人、硕士6人,还有22位工程技术人员。课题组掌握了吨级石墨烯、十吨级电容炭中试关键技术,攻破了我国先进碳材料领域“卡脖子”的难题。
      “新材料的研发通常都面临着长周期、高投入、高风险,需要有一代人甚至几代人的坚守和积累。”陈成猛说,“我相信以石墨烯为代表的碳材料,会在人类文明的历史长河中写下浓重的一笔,而这一笔还有待无数科技工作者们用奋力拼搏的汗水和矢志不渝的决心去抒写。未来,一切可期!”
 

 
 
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